Question

19．富铁铝土矿（主要含有A1₂O₃、Fe₂O₃、FeO和SiO₂）可制备新型净水剂液体聚合硫酸铝铁[Al_aFe_b（OH）_m（SO₄）_n]．研究发现，当a=b时净水效果最好．工艺流程如下（部分操作和产物略）：

（1）A1₂O₃与H₂SO₄发生反应的离子方程式是Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O．
（2）测得滤液中$\frac{c（A{l}^{3+}）}{c（F{e}^{3+}）}$＞1．加入FeSO₄•7H₂O和H₂O₂的作用是（结合化学用语说明）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，补充Fe³⁺．
（3）将溶液A电解得到液体聚合硫酸铝铁．装置如图所示（阴离子交换膜只允许阴离子通过，电极为惰性电极）
①阴极室的电极反应式是2H⁺+2e^-=H₂↑．
②电解过程阳极室溶液pH的变化是减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③简述在反应室中生成液体聚合硫酸铝铁的原理电解过程中反应室中的SO₄^2-通过阴离子交换膜进入阳极室，阴极室中的OH^-通过阴离子交换膜进入反应室，生成聚合硫酸铝铁．

Answer 1

分析 铝土矿（含Al₂O₃及少量SiO₂和FeO、Fe₂O₃），加入过量稀硫酸酸溶过滤，滤液为硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁，滤渣为二氧化硅和不溶性杂质，滤液中加入绿矾晶体补充亚铁离子并利用过氧化氢氧化为铁离子，最后利用电解原理得到液体聚全硫酸铝铁，据此分解解题；
（1）氧化铝是两性氧化物溶于强酸强碱，与硫酸反应生成硫酸铝和水；
（2）滤液中$\frac{c（A{l}^{3+}）}{c（F{e}^{3+}）}$＞1，新型净水剂液体聚合硫酸铝铁[Al_aFe_b（OH）_m（SO₄）_n]，当a=b时净水效果最好，故需要增加溶液里Fe³⁺的浓度；
（3）①阴极上氢离子得电子生成氢气；
②电解过程中阳极发生氧化反应，水电离的OH^-失电子被氧化为氧气，促进水的电离；
③阴离子交换膜只允许阴离子通过，则阴极室中的氢氧根离子进入反应室生成Al_m（OH）_nCl_3m-n．

解答 解：（1）硫酸溶解氧化铝生成硫酸铝和水，反应的离子方程式为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，故答案为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）因滤液中$\frac{c（A{l}^{3+}）}{c（F{e}^{3+}）}$＞1，加入绿矾晶体引入Fe²⁺，并利用过氧化氢氧化得到Fe³⁺，补充溶液里的Fe³⁺，使$\frac{c（A{l}^{3+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=1，其中氧化Fe²⁺的离子反应式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，补充Fe³⁺；
（3）①阴极上氢离子得电子生成氢气，则阴极的电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②阳极上水电离的OH^-被氧化，促进水的电离，阳极周围溶液里H⁺浓度增大，溶液的pH减小，故答案为：减小；
③阴离子交换膜只允许阴离子通过，电解过程中反应室中的氯离子通过阴离子交换膜进入阳极室，阴极室中的氢氧根离子进入反应室生成Al_m（OH）_nCl_3m-n；
故答案为：电解过程中反应室中的SO₄^2--通过阴离子交换膜进入阳极室，阴极室中的OH^-通过阴离子交换膜进入反应室，生成聚合硫酸铝铁．

点评 本题是一道关于物质的分离和提纯知识的实验操作题，涉及基本实验操作、沉淀的生成、氧化还原反应、电解原理的应用等，侧重于考查学生分析和解决问题的能力，题目难度中等．