Question

【題目】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)計了如下實驗流程制備聚合硫酸鐵和明礬：

（1）室溫下Ksp[Fe(OH)3]=4×l0-38制備Fe(OH)3的過程中，pH=7時溶液中c(Fe3+) =________。

（2）聚合硫酸鐵是一種無瑪無窖、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寫出流程中的“氧化”時發(fā)生的離子方程式_______，濃縮時向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是_________。

②加入試劑Y的目的是調(diào)節(jié)pH，所加試劑Y為_______；溶液pH對[Fe2(OH) x (SO4)y]n中x的值有較大影響（如圖所示），試分析pH過�。�pH＜3）導(dǎo)致聚合硫酸鐵中x的值減小的原因：____________。

（3）明礬是一種常見鋁鉀硫酸鹽。

①為充分利用原料，試劑X應(yīng)為_______。

②請結(jié)合圖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(chǎn)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】4×10－17 mol·L-1 3Fe2++ 4 H ++ NO3- ==3Fe3++ NO↑+ 2H2O 降低聚合硫酸鐵的溶解度，以便析出；所得產(chǎn)物易于干燥 Fe2O3 pH過小，會抑制Fe3+的水解 KOH 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

【解析】

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)來調(diào)節(jié)溶液pH，酸性越強(qiáng)，對鐵離子水解程度抑制越大，生成氫氧化鐵少，得到溶液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌，干燥得到聚合硫酸鐵；

(1)根據(jù)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=4×lO-38，計算c(Fe3+)；

(2)①稀硝酸氧化溶液中的Fe2+生成Fe3+，同時生成NO氣體，結(jié)合守恒法寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式；聚合硫酸鐵微溶于乙醇，濃縮時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；

②加入氧化鐵和酸反應(yīng)來調(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，是因為酸性條件下鐵離子水解被抑制；

(3)①明礬是一種常見鋁鉀硫酸鹽，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，向濾液Ⅰ中加入足量的含鋁廢鐵屑至不再有氣泡產(chǎn)生，過濾除去過量的廢鋁鐵屑，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，過濾，用酒精洗滌晶體，干燥得到明礬晶體。

(1)溶液pH=7時c(OH-)=1×l0-7mol/L，，由Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=4×l0-38，可知c(Fe3+)=mol/L=4×10－17mol·L-1；

(2)①稀硝酸氧化溶液中的Fe2+生成Fe3+，同時生成NO氣體，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3Fe2++4H ++NO3- ==3Fe3++NO↑+2H2O；聚合硫酸鐵微溶于乙醇，濃縮時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；

②加入氧化鐵和酸反應(yīng)來調(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，是因為酸性條件下鐵離子水解被抑制，分析pH過小(pH＜3)導(dǎo)致聚合硫酸鐵中x的值減��；

(3)①明礬是一種常見鋁鉀硫酸鹽，所以為充分利用原料，試劑X應(yīng)為KOH；

②明礬溶解度隨溫度升高溶解度增大，向濾液Ⅰ中加入足量的含鋁廢鐵屑至不再有氣泡產(chǎn)生，過濾除去過量的廢鋁鐵屑，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，過濾，用酒精洗滌晶體，干燥得到明礬晶體。