Question

用含有Al₂O₃及少量Fe₂O₃和SiO₂的鋁土礦制備凈水劑——液體聚合硫酸鋁鐵，工藝流程如下（部分操作和條件略）：
I．向鋁土礦中加入過量H₂SO₄后，加熱、攪拌、過濾。
II．向濾液中加入一定量的FeSO₄·7H₂O和雙氧水。
III．向溶液中加入Ca(OH)₂固體，調節溶液的pH約為1，過濾。
IV．加入穩定劑，加熱，得到產品。
（1）Fe₂O₃與H₂SO₄反應的離子方程式是___________。
（2）步驟I中過濾得到的濾渣成分是________（填化學式）。
（3）步驟I 中H₂SO₄的濃度與反應溫度會影響鐵與鋁的浸出率。根據下圖分析，步驟I 中H₂SO₄濃度的適宜范圍是__________，反應的適宜溫度是_________。
       

（4）步驟II中增大n(Fe³⁺)的離子方程式是_________。
（5）步驟III得到堿式硫酸鋁鐵[AlFe(OH)_n(SO₄)_m]的溶液，則步驟II中應增大n(Fe³⁺)到
n(Al³⁺)﹕n(Fe³⁺)=        。
（6）研究表明，液體聚合硫酸鋁鐵的純度越高，凈水效果越好。已知：
一些物質在20℃時的溶解度

物質	Ca(OH)2	CaSO4	Na2SO4
溶解度/g	0.153	0.258	19.5

 
結合表中數據，解釋步驟III中使用Ca(OH)₂而不用NaOH的原因__________。
（7）鋁土礦也可用于冶煉金屬Al。以金屬Al作陽極，稀硫酸作電解液，通過電解會使金屬Al的表面生成致密堅硬的氧化膜，其電極反應式是_________。

Answer 1

（1）Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O（2）SiO₂（3）45%~50%；100℃（4）H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺（5）1﹕1（6）使用Ca(OH)₂，既能調節溶液的pH，又生成溶解度較小的CaSO₄，得到的液體聚合硫酸鋁鐵的純度較高。（7）2Al－6e^—+3H₂O =Al₂O₃+6H⁺

試題分析：（1）硫酸溶解氧化鋁生成硫酸鋁和水，離子方程式：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；（2）Fe₂O₃與硫酸反應生成鐵離子，Al₂O₃與硫酸反應生成鋁離子，而SiO₂不與硫酸發生反應，故過濾后的濾渣為SiO₂；（3）由圖知，浸出率鐵鋁最高的硫酸濃度范圍為45%~50%；反應適宜溫度鐵為80℃鋁為100℃，故最適宜溫度為100℃（4）FeSO₄被雙氧水在酸性溶液中氧化生成Fe³，H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺（5）堿式硫酸鋁鐵中鋁鐵的系數相同其物質的量比也應相等，故n(Al³⁺)﹕n(Fe³⁺)=1：1（6）氫氧化鈉和氫氧化鈣都可以調節pH，但氫氧化鈉反應生成的硫酸鈉溶液水，與生成物堿式硫酸鋁鐵混合在溶液中不易分離，而硫酸鈣溶解度較小，使生成物中雜質較少；（7）陽極Al失電子生成，電極反應式2Al－6e^—+3H₂O =Al₂O₃+6H⁺。