Question

13．聚合氯化铝（PAC）是常用于水质净化的无机高分子混凝剂，其化学式可表示为[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m（n＜6，m为聚合度）．PAC常用高温活化后的高岭土（主要化学组成为Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃）进行制备，工艺流程如下图所示：

（1）盐酸酸浸所涉及反应的离子方程式是6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O、6H⁺+Fe₂O₃═2Fe³⁺+3H₂O．
（2）已知：
生成氢氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）3
开始沉淀时	3.4	1.5
完全沉淀时	4.7	2.8

注：金属离子的起始浓度为0.1mol•L^-1
根据表中数据解释加入X的主要目的：调节溶液pH至Fe³⁺完全沉淀，滤渣中主要含有物质的化学式是Fe（OH）₃、SiO₂．
（3）已知：生成液体PAC的反应为2Al³⁺+m（6-n） Cl^-+mn H₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mn H⁺．
用碳酸钙调节溶液的pH时，要严控pH的大小，pH偏小或偏大液体PAC的产率都会降低．请解释pH偏小液体PAC产率降低的原因：pH偏小时，抑制平衡2Al³⁺+m（6-n） Cl^-+mn H₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mn H⁺ 正向移动生成PAC．
（4）浓缩聚合得到含PAC的液体中铝的各种形态主要包括：
Al_a--Al³⁺单体形态铝
Al_b--[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m聚合形态铝
Al_c--Al（OH）₃胶体形态
图1为Al各形态百分数随温度变化的曲线；图2为含PAC的液体中铝的总浓度Al_T随温度变化的曲线．

①50-90℃之间制备的液体PAC中，聚合形态铝含量最多．
②当T＞80℃时，Al_T明显降低的原因是温度升高，导致液体PAC向Al（OH）₃沉淀转化．

Answer 1

分析 高岭土的主要化学组成为Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃，由制备流程可知，加盐酸发生6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O、6H⁺+Fe₂O₃═2Fe³⁺+3H₂O，加X可调节pH使铁离子转化为沉淀，则过滤后的滤渣为SiO₂、Fe（OH）₃，滤液中含铝离子，用碳酸钙调节溶液的pH时，要严控pH的大小，pH偏小或偏大液体PAC的产率都会降低，最后浓缩、聚合得到聚合氯化铝（PAC），并结合习题中的信息及图象来解答．

解答 解：高岭土的主要化学组成为Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃，由制备流程可知，加盐酸发生6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O、6H⁺+Fe₂O₃═2Fe³⁺+3H₂O，加X可调节pH使铁离子转化为沉淀，则过滤后的滤渣为SiO₂、Fe（OH）₃，滤液中含铝离子，用碳酸钙调节溶液的pH时，要严控pH的大小，pH偏小或偏大液体PAC的产率都会降低，最后浓缩、聚合得到聚合氯化铝（PAC），
（1）盐酸酸浸所涉及反应的离子方程式是6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O、6H⁺+Fe₂O₃═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O、6H⁺+Fe₂O₃═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）由表中数据可知加入X的主要目的调节溶液pH至Fe³⁺完全沉淀，由上述分析可知，滤渣中主要含有物质的化学式是Fe（OH）₃、SiO₂，
故答案为：调节溶液pH至Fe³⁺完全沉淀；Fe（OH）₃、SiO₂；
（3）用碳酸钙调节溶液的pH时，要严控pH的大小，pH偏小或偏大液体PAC的产率都会降低，解释pH偏小液体PAC产率降低的原因为pH偏小时，抑制平衡2Al³⁺+m（6-n） Cl^-+mn H₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mn H⁺ 正向移动生成PAC，
故答案为：pH偏小时，抑制平衡2Al³⁺+m（6-n）Cl^-+mn H₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mn H⁺ 正向移动生成PAC；
（4）①由图2可知，50-90℃之间制备的液体PAC中，聚合形态铝含量最多，故答案为：聚合；
②当T＞80℃时，Al_T明显降低的原因是温度升高，导致液体PAC向Al（OH）₃沉淀转化，故答案为：温度升高，导致液体PAC向Al（OH）₃沉淀转化．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握制备流程及习题中的表格、图象等为解答的关键，侧重分析与应用、实验能力的综合考查，题目难度中等．