Question

聚合氯化鋁晶體是一種高效無機水處理劑，其化學式為[Al₂（OH）_nCl_6-n?XH₂O]_m，它的制備原理是調(diào)節(jié)AlCl₃溶液的pH，通過促進其水解而結(jié)晶析出．下圖是一種工業(yè)制備聚合氯化鋁晶體的工藝流程，制備原料主要是鋁加工行業(yè)的廢渣--鋁灰，主要含Al₂O₃、Al，另有SiO₂等雜質(zhì)．

（1）攪拌加熱操作過程中發(fā)生反應的離子方程式

 

；

 

．
（2）生產(chǎn)過程中操作1和操作2的名稱為

 

．
（3）反應中副產(chǎn)品A是

 

，生產(chǎn)過程中可循環(huán)使用的物質(zhì)是

 

．（均用化學式表示）
（4）生產(chǎn)中要嚴格控制溶液中pH，過小，則氯化鋁水解不完全，且m值偏小，產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量會降低．而pH過大，產(chǎn)量也會降低，其原因是

 

．
（5）已知：2Al （s）+

3

2

O₂ （g）=Al₂O₃（s）；△H=-akJ?mol^-1
  3Fe （s）+2O₂（g）=Fe₃O₄ （s）；△H=-bkJ?mol^-1
寫出Al和Fe₃O₄發(fā)生鋁熱反應的熱化學方程式，△H值用a、b表示．

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,鎂、鋁的重要化合物

專題：化學反應中的能量變化,幾種重要的金屬及其化合物

分析：鋁灰主要含Al₂O₃、Al，另有SiO₂等雜質(zhì)，加水清洗后加入氯化氫溶液加熱發(fā)生的反應是鋁和鹽酸反應生成氯化鋁和氫氣，氧化鋁和鹽酸反應生成氯化鋁和水，水噴淋吸收氣體得到氣體A為氫氣；過濾得到濾渣為二氧化硅，濾液為氯化鋁，溶液降溫熟化調(diào)節(jié)溶液PH得到通過促進其水解而結(jié)晶析出；
（1）依據(jù)過程分析，攪拌加熱操作過程中發(fā)生反應是鋁和鹽酸反應生成氯化鋁和氫氣，氧化鋁和鹽酸反應生成氯化鋁和水；
（2）工藝流程為：鋁灰與過量的鹽酸反應，過濾后收集濾液，加熱濃縮至飽和，調(diào)pH值，稍靜置，過濾收集濾渣．最終的這個濾渣就是我們要的晶體．固體和溶液分離的操作為過濾；
（3）依據(jù)過程中的反應可知氣體A為鋁和鹽酸反應生成的氫氣；95°C加熱的時候HCl會揮發(fā)，用水噴淋就可以吸收HCl，得到HCl（aq），進行循環(huán)使用；
（4）溶液調(diào)pH值，促進鋁離子水解，利用晶體析出，氫氧化鋁是兩性氫氧化物溶于強酸強堿，PH大溶解氫氧化鋁；
（5）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；

解答： 解：（1）氧化鋁與鹽酸反應生成氯化鋁和水，反應離子方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，
鋁與鹽酸反應生成氯化鋁與氫氣，反應離子方程式為2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑．
故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑；
（2）鋁灰與過量的鹽酸反應，過濾后收集濾液，加熱濃縮至飽和，調(diào)pH值，稍靜置，過濾收集濾渣．最終的這個濾渣就是我們要的晶體，所以生產(chǎn)過程中操作Ⅰ和Ⅱ的均為過濾．
故答案為：過濾；
（3）氣體A為鋁和鹽酸反應生成的氫氣，95°C加熱的時候HCl會揮發(fā)，用水噴淋就可以吸收HCl，得到HCl（aq），可進行循環(huán)使用．
故答案為：H₂，HCl；
（4）鋁離子水解，Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，降低氫離子濃度促進鋁離子水解，有利于聚合氯化鋁晶體析出，pH更大時還可將其溶解為[Al（OH）₄]^-；
故答案為：AlCl₃完全水解為Al（OH）₃，pH更大時還可將其溶解為[Al（OH）₄]^-；
（5）①2Al （s）+

3

2

O₂ （g）=Al₂O₃（s）；△H=-akJ?mol^-1
 ②3Fe （s）+2O₂（g）=Fe₃O₄ （s）；△H=-bkJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算①×4-②×3得到Al和Fe₃O₄發(fā)生鋁熱反應的熱化學方程式：8Al（s）+3 Fe₃O₄ （s）=4Al₂O₃（s）+9 Fe（s）；△H=-4a+3b kJ?mol^-1；
故答案為：8Al（s）+3 Fe₃O₄ （s）=4Al₂O₃（s）+9 Fe（s）；△H=-4a+3b kJ?mol^-1；

點評：本題考查了物質(zhì)制備實驗過程分析判斷，鋁及其化合物性質(zhì)的分析應用，熱化學方程式書寫方法，注意實驗過程中的基本操作和條件選擇的目的，題目難度中等．