Question

2014年我国各地出现连续干旱，给生产生活带来严重影响．为确保人、畜用水和安全，净水剂选择与制备尤为重要．
（1）聚合氯化铝晶体（[Al₂（OH）_nC1_6-n?xH₂O]_m）是一种高效无机水处理剂，它的制备原理是调节增大AlCl₃溶液的pH，通过促进其水解而结晶析出．利用高岭土（化学组成为：A1₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、及少量杂质和水分，高岭土在煅烧的过程中可除去杂质和水分）制备聚合氯化铝，其制备过程有如图1两种途径：

①途径Ⅰ和途径Ⅱ哪种更合理？

 

．
②途径Ⅰ中加入铝粉最主要的目的是

 

．
a．中和过量的盐酸       
b．将Fe³⁺还原为便于人体吸收的Fe²⁺
c．除去溶液中的铁元素   
d．制备生成聚合氯化铝所需要的AlCl₃
③加入碳酸钙调节溶液pH至4.0～4.5的目的是

 

．
④蒸发浓缩过程中生成Al₂（OH）_nC1_6-n?xH₂O的化学反应方程式是

 

．
（2）Na₂FeO₄是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，其电解制法如图2所示，请根据图示分析：电解过程中的电池反应为

 

；每转移0.6mol电子在Ni电极上产生的气体在标况下的体积为

 

；隔膜用阳离子交换膜（只允许阳离子通过）还是阴离子交换膜（只允许阴离子通过）

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：

分析：将高岭土（化学组成为：A1₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、及少量杂质和水分，高岭土在煅烧的过程中可除去杂质和水分）煅烧，除去少量杂质和水分，
途径I：向固体中加入过量稀盐酸，发生反应：Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，向溶液中加入适量铝粉，发生反应2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑、Al+3Fe³⁺=Al³⁺+3Fe²⁺、3Fe²⁺+2Al=2Al³⁺+3Fe，过滤除去滤渣SiO₂ 、Fe，滤液中只含AlCl₃；
途径II：向固体中加入过量NaOH溶液，发生反应Al₂O₃+2NaOH=2 NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，过滤得到滤渣Fe₂O₃，滤液中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，然后向滤液中加入过量稀盐酸，发生反应NaAlO₂+4HCl=NaCl+AlCl₃+2H₂O、Na₂SiO₃+2HCl=2NaCl+H₂SiO₃↓，两种滤液混合，然后加入碳酸钙并调节溶液的pH至4.0-4.5，碳酸钙和过量的稀盐酸反应，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，然后蒸发浓缩得到聚合氯化铝晶体（[Al₂（OH）_nC1_6-n?xH₂O]_m），据此分析解答．

解答： 解：将高岭土（化学组成为：A1₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、及少量杂质和水分，高岭土在煅烧的过程中可除去杂质和水分）煅烧，除去少量杂质和水分，
途径I：向固体中加入过量稀盐酸，发生反应：Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，向溶液中加入适量铝粉，发生反应2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑、Al+3Fe³⁺=Al³⁺+3Fe²⁺、3Fe²⁺+2Al=2Al³⁺+3Fe，过滤除去滤渣SiO₂ 、Fe，滤液中只含AlCl₃；
途径II：向固体中加入过量NaOH溶液，发生反应Al₂O₃+2NaOH=2 NaAlO₂+H₂O、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，过滤得到滤渣Fe₂O₃，滤液中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，然后向滤液中加入过量稀盐酸，发生反应NaAlO₂+4HCl=NaCl+AlCl₃+2H₂O、Na₂SiO₃+2HCl=2NaCl+H₂SiO₃↓，两种滤液混合，然后加入碳酸钙并调节溶液的pH至4.0-4.5，碳酸钙和过量的稀盐酸反应，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，然后蒸发浓缩得到聚合氯化铝晶体（[Al₂（OH）_nC1_6-n?xH₂O]_m），
（1）①途径Ⅰ中滤液中只含氯化铝，途径II滤液中含有NaCl、AlCl₃，所以途径I更合理，
故答案为：途径Ⅰ；
②通过以上分析知，途径Ⅰ中加入铝粉最主要的目的是除去Fe元素，将Fe元素转化为Fe单质通过过滤而除去，故选c；
③通过以上分析知，加入碳酸钙的目的是除去过量的稀盐酸从而调节增大溶液的pH，从而促进氯化铝水解而结晶析出，
故答案为：调节增大溶液的pH，促使氯化铝水解而结晶析出；
④蒸发浓缩过程中生成Al₂（OH）_nC1_6-n?xH₂O的化学反应方程式为2AlCl₃+（x+n）H₂O

△   .

Al₂（OH）_nCl_6-n?xH₂O+nHCl↑，
故答案为：2AlCl₃+（x+n）H₂O

△   .

Al₂（OH）_nCl_6-n?xH₂O+nHCl↑；
（2）电解时，Fe失电子转化为高铁酸根离子，所以Fe作阳极，阴极上氢离子放电生成氢气，所以电池反应式为Fe+2OH^-+2H₂O

电解  .

FeO₄^2-+3H₂↑，根据电池反应式知，每转移0.6mol电子在Ni电极上产生的气体在标况下的体积=

0.6mol

6

×3×22.4L/mol=6.72L；
阳极生成的亚铁离子在阴极被氧化，所以阳离子需要通过离子交换膜，则该离子交换膜为阳离子交换膜，
故答案为：Fe+2OH^-+2H₂O

电解  .

FeO₄^2-+3H₂↑；6.72L；阳离子交换膜．

点评：本题考查混合物的分离和提纯和物质制备，为高考高频点，侧重考查学生分析、判断、知识运用及基本操作能力，明确每一步操作中发生的反应及操作方法，注意途径I中加入适量锌发生的反应，为易错点．