Question

利用工业废酸（含10%H₂SO₄）处理废弃氧化铜铝矿（含CuO、Al₂O₃及不溶性杂质，且杂质不参与反应）冶炼铝的主要流程如图1：
已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH，见下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	AlOH）3
开始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

回答下列问题：
（1）操作②中的离子方程式为______，操作⑤中生成沉淀的离子方程式为______．
（2）操作③中加入过量的H₂O₂的目的是______．
（3）若Z溶液pH=5（25°C），则溶液中c（NH₄⁺）与c（SO₄^2-）的大小关系为______．．
（4）Al-AgO池是一种新型电源，其原理如图2所示：该电池负极反应式为：______．
（5）以熔融盐为电镀液可以在钢材表面镀铝，镀铝电解池中．金属铝为______极；镀铝后能防止钢材腐蚀，其原因是______．

Answer 1

解：该工艺流程原理为：氧化铜铝矿加入工业废酸，溶解氧化铜、氧化铝，加入过量铁粉，除去溶液中铜离子，过滤，滤渣中主要为Cu、Fe等，滤液X中含有铝离子、亚铁离子，再加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，通过调节PH值，使铁离子转化为氢氧化铁而除去，溶液Y含有铝离子等，加入氨水，将铝离子转化为氢氧化铝沉淀，加热分解得氧化铝，电解氧化铝生成金属铝，溶液Z主要含有硫酸铵，
（1）由工艺流程可知，操作②是Fe与Cu²⁺反应，反应离子方程式为：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，
操作⑤是铝离子与氨水反应生成氢氧化铝，反应离子方程式为：Al³⁺+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案为：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu；Al³⁺+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（2）加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，通过调节PH值，使铁离子转化为氢氧化铁而除去，
故答案为：加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，利于与Al³⁺分离；
（3）硫酸铵溶液中铵根离子水解，溶液呈酸性，故c（NH₄⁺）＜2c（SO₄^2-），但水解程度不大，所以c（SO₄^2-）＜c（NH₄⁺），故c（SO₄^2-）＜（c（NH₄⁺）＜2c（SO₄^2-），
故答案为：c（SO₄^2-）＜（c（NH₄⁺）＜2c（SO₄^2-）；
（4）Al为负极，在碱性条件下放电生成AlO₂^-、H₂O，负极电极反应式为：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O；
（5）电镀池中镀层金属作阳极，镀层金属作阳极，故在钢材表面镀铝，镀铝电解池中，金属铝为阳极，
在空气中铝表面能形成一层致密的氧化膜，从而保护钢材不被腐蚀，
故答案为：阳；在空气中铝表面能形成一层致密的氧化膜，从而保护钢材不被腐蚀．
分析：该工艺流程原理为：氧化铜铝矿加入工业废酸，溶解氧化铜、氧化铝，加入过量铁粉，除去溶液中铜离子，过滤，滤渣中主要为Cu、Fe等，滤液X中含有铝离子、亚铁离子，再加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，通过调节PH值，使铁离子转化为氢氧化铁而除去，溶液Y含有铝离子等，加入氨水，将铝离子转化为氢氧化铝沉淀，加热分解得氧化铝，电解氧化铝生成金属铝，溶液Z主要含有硫酸铵，
（1）由工艺流程可知，操作②是Fe与Cu²⁺反应；操作⑤是铝离子与氨水反应生成氢氧化铝；
（2）加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，便于与铝离子分离；
（3）铵根离子水解，溶液呈酸性，但水解程度不大，据此判断；
（4）Al为负极，在碱性条件下放电生成AlO₂^-、H₂O；
（5）电镀池中镀层金属作阳极，镀层金属作阳极；
在空气中铝表面能形成一层致密的氧化膜，从而保护钢材不被腐蚀．
点评：本题以冶炼铝为载体，考查学生对工艺流程的理解、对操作的分析评价、盐类水解、原电池、电解池等，理解工艺流程是关键，是对所学知识的综合考查，难度中等．