Question

7．鋁鐵合金在微電機(jī)中有廣泛應(yīng)用，某興趣小組為利用廢棄的鋁鐵合金設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)流程制備聚合硫酸鐵和明礬：

（1）聚合硫酸鐵是一種無(wú)毒無(wú)害、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能與水混溶的新型絮凝劑，微溶于乙醇，其化學(xué)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聚合硫酸鐵具有吸附作用．
②有人認(rèn)為上述流程中的“氧化”設(shè)計(jì)存在缺陷，請(qǐng)?zhí)岢龈倪M(jìn)意見(jiàn)：將稀HNO₃改為H₂O₂（或O₂、O₃等）；濃縮時(shí)向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是降低聚合硫酸鐵的溶解度，以便析出，所得產(chǎn)物易于干燥．
③加入試劑Y的目的是調(diào)節(jié)pH，所加試劑Y為Fe₂O₃；溶液的pH對(duì)[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(guò)�。╬H＜3）導(dǎo)致聚合硫酸鐵中x的值減小的原因：pH過(guò)小，會(huì)抑制Fe³⁺的水解．

（2）明礬是一種常見(jiàn)鋁鉀硫酸鹽．
①為充分利用原料，試劑X應(yīng)為KOH．
②請(qǐng)結(jié)合圖2所示的明礬溶解度曲線，補(bǔ)充完整由濾液Ⅰ制備明礬晶體的實(shí)驗(yàn)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?yàn)V液Ⅰ中加入足量的含鋁廢鐵屑至不再有氣泡產(chǎn)生，過(guò)濾，向所得濾液中加入稀硫酸，生成白色沉淀，繼續(xù)滴加稀硫酸至生成的沉淀溶解．將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、并用酒精洗滌、干燥，最終得到明礬晶體．

Answer 1

分析 由流程可知，廢棄的鋁鐵合金加入氫氧化鉀溶液浸泡反應(yīng)鋁反應(yīng)得到偏鋁酸鉀溶液，過(guò)濾，濾液經(jīng)一系列操作反應(yīng)生成硫酸鋁鉀，濾渣中加入稀硫酸和鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵，加入稀硝酸氧化為硫酸鐵，加入試劑Y調(diào)節(jié)溶液PH，但不能引入新的雜質(zhì)，加入氧化鐵和酸反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)溶液PH，酸性越強(qiáng)，對(duì)鐵離子水解程度抑制越大，生成氫氧化鐵少，得到溶液通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌，干燥得到聚合硫酸鐵．
（1）①聚合硫酸鐵是一種無(wú)毒無(wú)害、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能與水混溶的新型絮凝劑，具有較大表面積能吸附懸浮雜質(zhì)凈水的作用；
②流程中氧化過(guò)程是加入的稀硝酸，會(huì)引入雜質(zhì)，可以改為綠色氧化劑如氧氣、過(guò)氧化氫等，聚合硫酸鐵微溶于乙醇，濃縮時(shí)向其中加入一定量的乙醇可以利于聚合硫酸鐵析出，乙醇易揮發(fā)分析；
③加入氧化鐵和酸反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)溶液PH，不引入新的雜質(zhì)，圖象分析可知PH＜3，x值越小，是因?yàn)樗嵝詶l件下鐵離子水解被抑制；
（2）①明礬是一種常見(jiàn)鋁鉀硫酸鹽，所以為充分利用原料，試劑X應(yīng)為氫氧化鉀；
②明礬溶解度隨溫度升高溶解度增大，向?yàn)V液Ⅰ中加入足量的含鋁廢鐵屑至不再有氣泡產(chǎn)生，過(guò)濾除去過(guò)量的廢鋁鐵屑，濾液這是鋁和氫氧化鉀溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鉀，加入稀硫酸生成白色沉淀氫氧化鋁，繼續(xù)加入稀硫酸沉淀溶解，所得溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，用酒精洗滌晶體，干燥得到明礬晶體．

解答 解（1）①聚合硫酸鐵是一種無(wú)毒無(wú)害、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能與水混溶的新型絮凝劑，具有較大表面積能吸附懸浮雜質(zhì)，有凈水的作用，聚合硫酸鐵可用于凈水的原理是具有吸附作用，
故答案為：聚合硫酸鐵具有吸附作用；
②上述流程中的“氧化”設(shè)計(jì)存在缺陷，流程中氧化過(guò)程是加入的稀硝酸，會(huì)引入雜質(zhì)硝酸根離子，可以改為綠色氧化劑如氧氣、過(guò)氧化氫等，氧氣和過(guò)氧化氫被還原為水無(wú)污染，聚合硫酸鐵微溶于乙醇，濃縮時(shí)向其中加入一定量的乙醇，可以降低聚合硫酸鐵的溶解度利于聚合硫酸鐵析出，乙醇易揮發(fā)得到晶體易于干燥；
故答案為：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(chǎn)物易于干燥；
③加入氧化鐵和酸反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)溶液pH，所加試劑Y為Fe₂O₃，不引入新的雜質(zhì)；圖象分析可知PH＜3，x值越小，是因?yàn)樗嵝詶l件下鐵離子水解被抑制，分析pH過(guò)�。╬H＜3）導(dǎo)致聚合硫酸鐵中x的值減小，
故答案為：Fe₂O₃；pH過(guò)小，會(huì)抑制Fe³⁺的水解；
（2）①明礬是一種常見(jiàn)鋁鉀硫酸鹽，所以為充分利用原料，試劑X應(yīng)為KOH，故答案為：KOH；
②明礬溶解度隨溫度升高溶解度增大，向?yàn)V液Ⅰ中加入足量的含鋁廢鐵屑至不再有氣泡產(chǎn)生，過(guò)濾除去過(guò)量的廢鋁鐵屑，濾液中是鋁和氫氧化鉀溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鉀，加入稀硫酸生成白色沉淀氫氧化鋁，繼續(xù)加入稀硫酸沉淀溶解，所得溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，用酒精洗滌晶體，干燥得到明礬晶體，
故答案為：向所得濾液中加入稀硫酸，生成白色沉淀，繼續(xù)滴加稀硫酸至生成的沉淀溶解；蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重考查對(duì)工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息的能力等，難度中等，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與靈活運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力．