Question

【題目】鋁鐵合金在微電機中有廣泛應用，某興趣小組為利用廢棄的鋁鐵合金設計了如下實驗流程制備聚合硫酸鐵和明礬：

（1）聚合硫酸鐵是一種無毒無害、化學性質穩定、能與水混溶的新型絮凝劑，微溶于乙醇，其化學式可表示為[Fe2(OH)x(SO4)y]n。

①聚合硫酸鐵可用于凈水的原理是 。

②有人認為上述流程中的“氧化”設計存在缺陷，請提出改進意見： ；濃縮時向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是 。

③加入試劑Y的目的是調節pH，所加試劑Y為 ；溶液的pH對[Fe2(OH)x(SO4)y]n 中x的值有較大影響（如圖1所示），試分析pH過小（pH＜3）導致聚合硫酸鐵中x的值減小的原因： 。

（2）明礬是一種常見鋁鉀硫酸鹽。

①為充分利用原料， 試劑X應為 。

②請結合圖2所示的明礬溶解度曲線，補充完整由濾液Ⅰ制備明礬晶體的實驗步驟(可選用的試劑：廢棄的鋁鐵合金、稀硫酸、NaOH溶液和酒精)：向濾液Ⅰ中加入足量的含鋁廢鐵屑至不再有氣泡產生，過濾， 。將溶液 、 、過濾、并用酒精洗滌、干燥，最終得到明礬晶體。

Answer 1

【答案】（1）①聚合硫酸鐵具有吸附作用②將稀HNO3改為H2O2（或O2、O3等）降低聚合硫酸鐵的溶解度，以便析出；所得產物易于干燥③Fe2O3 pH過小，會抑制Fe3+的水解（2）①KOH②向所得濾液中加入稀硫酸，生成白色沉淀，繼續滴加稀硫酸至生成的沉淀溶解；蒸發濃縮 冷卻結晶

【解析】

試題分析：（1）①聚合硫酸鐵可用于凈水的原理是聚合硫酸鐵的Fe3+水解產生Fe(OH)3膠體，表面積大有強的吸附作用；

②在上述流程中的“氧化”過程中使用的氧化劑是HNO3，該氧化劑得到電子，被還原變為NO,會造成環境污染，改進的意見是使用綠色氧化劑H2O2（或O2、O3等）；乙醇是有機物，聚合硫酸鐵是鹽，在有機物乙醇中的溶解度比在水中小，濃縮時向其中加入一定量的乙醇，目的是降低聚合硫酸鐵的溶解度，以便析出；乙醇容易揮發，便于使所得產物易于干燥；

③加入試劑Y的目的是消耗酸，調節溶液的pH，所加試劑應該既可以反應消耗酸，又不引入雜質，則Y為Fe2O3；溶液的pH對[Fe2(OH)x(SO4)y]n 中x的值有較大影響（如圖1所示），溶液的pH過小（pH＜3），會抑制Fe3+的水解，鹽的水解程度減小，因此導致聚合硫酸鐵中x的值減小；

（2）①為使Al、Fe合金中Al溶解，而Fe不溶解，還不引入雜質離子，應該加入只與Al反應的KOH溶液，明礬是一種常見鋁鉀硫酸鹽，所以試劑X應為KOH；

②根據圖2所示的明礬溶解度曲線，可知溫度升高，明礬的溶解度增大；由濾液Ⅰ制備明礬晶體的實驗步驟是向濾液Ⅰ中加入足量的含鋁廢鐵屑至不再有氣泡產生，過濾，除去固體雜質；向所得濾液中加入少量稀硫酸，發生反應：AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓,生成白色沉淀，繼續滴加稀硫酸至生成的沉淀溶解；發生反應：Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O，將所得溶液蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾，為減少明礬的溶解，用酒精洗滌晶體，干燥，得到明礬晶體。