Question

19．聚合氯化铝（化学式为[Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O]_m）晶体是一种高效无机水处理剂，如图是实验室模拟工业制备聚合氯化铝晶体的工艺流程，制备原料主要是铝加工行业的废渣铝灰，主要含Al₂O₃、Al，含有SiO₂等杂质．

（1）试剂X（写名称）是氧化铝或氢氧化铝，操作2包含过滤、洗涤和干燥．
（2）生产过程中操作1的操作步骤沿玻璃棒慢慢向过滤器中注入溶液，待溶液滤出后，重复操作2到3次，至滤液澄清为止．
（3）当n=1时，制备Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O的离子方程式：2nAl³⁺+（6-n）Cl^-+（x+n）H₂O?Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O+nH⁺．生产中要严格控制溶液中pH，过小，则氯化铝水解不完全，且n值偏小，产品产量质量会降低．而pH过大，产量也会降低，其原因是AlCl₃完全水解为Al（OH）₃，pH更大时还可将其溶解为[Al（OH）₄]^-．
（4）工业上采用电解装置制取活泼金属铝，若阳极产生的氧气全部与石墨电极反应生成CO和CO₂气体，若生产中每生成8.1gAl，阳极损失石墨3.0g，则理论上产生CO的物质的量是0.05mol．

Answer 1

分析 向水中加入铝灰，铝灰中可溶性杂质被溶解，然后加入稀盐酸并加热搅拌，Al₂O₃、Al溶解，发生的反应方程式为2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑、Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，SiO₂不溶于稀盐酸，难溶性固体和溶液采用过滤方法分离，将得到的滤液降温熟化，向溶液中加入X，调节溶液的pH到4.0-4.5之间，加入的X能和酸反应且不能引进新的杂质，最后将溶液过滤、洗涤、干燥得到较纯净的聚合氯化铝（化学式为[Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O]_m）晶体，
（1）加入的X能和酸反应且不能引进新的杂质；操作2包含过滤、洗涤和干燥；
（2）操作1为过滤，操作过程中要用玻璃棒引流，并重复过滤2-3次；
（3）当n=1时，氯离子、铝离子和水反应生成Al₂（OH）Cl₅•XH₂O；
pH过大，铝离子水解生成Al（OH）₃，Al（OH）₃具有两性，能溶于强碱溶液；
（4）电解时，阳极上C失电子发生氧化反应、阴极上铝离子得电子发生还原反应，若生产中每生成8.1gAl，转移电子物质的量=$\frac{8.1g}{27g/mol}×3$=0.9mol，串联电路中转移电子相等，所以阳极上失去0.9mol电子，且阳极损失石墨3.0g，物质的量=$\frac{3.0g}{12g/mol}$=0.25mol，（
根据C原子守恒、转移电子守恒计算理论上产生n（CO）．

解答 解：向水中加入铝灰，铝灰中可溶性杂质被溶解，然后加入稀盐酸并加热搅拌，Al₂O₃、Al溶解，发生的反应方程式为2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑、Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，SiO₂不溶于稀盐酸，难溶性固体和溶液采用过滤方法分离，将得到的滤液降温熟化，向溶液中加入X，调节溶液的pH到4.0-4.5之间，加入的X能和酸反应且不能引进新的杂质，最后将溶液过滤、洗涤、干燥得到较纯净的聚合氯化铝（化学式为[Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O]_m）晶体，
（1）加入的X能和酸反应且不能引进新的杂质，则应该为氧化铝或氢氧化铝；操作2包含过滤、洗涤和干燥，
故答案为：氧化铝或氢氧化铝；洗涤；
（2）操作1为过滤，操作过程中要用玻璃棒引流，并重复过滤2-3次，其操作步骤为沿玻璃棒慢慢向过滤器中注入溶液，待溶液滤出后，重复操作2到3次，至滤液澄清为止，
故答案为：沿玻璃棒慢慢向过滤器中注入溶液，待溶液滤出后，重复操作2到3次，至滤液澄清为止；
（3）当n=1时，氯离子、铝离子和水反应生成Al₂（OH）Cl₅•XH₂O，离子方程式为2nAl³⁺+（6-n）Cl^-+（x+n）H₂O?Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O+n H⁺；
pH过大，铝离子水解生成Al（OH）₃，Al（OH）₃具有两性，能溶于强碱溶液，所以pH再大时，Al（OH）₃溶于溶液生成偏铝酸盐；
故答案为：2nAl³⁺+（6-n）Cl^-+（x+n）H₂O?Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O+nH⁺；
AlCl₃完全水解为Al（OH）₃，pH更大时还可将其溶解为[Al（OH）₄]^-；
（4）电解时，阳极上C失电子发生氧化反应、阴极上铝离子得电子发生还原反应，若生产中每生成8.1gAl，转移电子物质的量=$\frac{8.1g}{27g/mol}×3$=0.9mol，串联电路中转移电子相等，所以阳极上失去0.9mol电子，且阳极损失石墨3.0g，物质的量=$\frac{3.0g}{12g/mol}$=0.25mol，
设CO的物质的量为xmol，根据C原子守恒得n（CO₂）=n（C）-n（CO）=0.25mol-xmol，根据转移电子守恒得xmol×（2-0）+（0.25-x）mol×（4-0）=0.9mol，x=0.05，
故答案为：0.05 mol．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，侧重考查学生知识综合能力，涉及物质的量的计算、电解原理、盐类水解、基本操作等知识点，明确流程图中各个过程发生的反应及操作步骤是解本题关键，难点是（4）题计算，根据原子守恒、转移电子守恒解答即可，题目难度中等．