Question

以鋁灰（主要成分為Al、Al₂O₃，另有少量CuO、SiO₂、FeO和Fe₂O₃雜質(zhì)）為原料，可制得液體聚合氯化鋁[Al_m（OH）_nCl_3m-n]，生產(chǎn)的部分過程如圖所示（部分產(chǎn)物和操作已略去）．

已知某些硫化物的性質(zhì)如下表：

物質(zhì)	性質(zhì)
Fe2S3 Al2S3	在水溶液中不存在
FeS	黑色，難溶于水，可溶于鹽酸
CuS	黑色，難溶于水，難溶于鹽酸

（1）操作I是

 

．Al₂O₃與鹽酸反應(yīng)的離子方程式是

 

．
（2）濾渣2為黑色，該黑色物質(zhì)的化學(xué)式是

 

．
（3）向?yàn)V液2中加入NaClO溶液至不再產(chǎn)生紅褐色沉淀，此時(shí)溶液的pH約為3.7．NaClO的作用是

 

．
（4）將濾液3的pH調(diào)至4.2～4.5，利用水解反應(yīng)得到液體聚合氯化鋁．反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

．
（5）將濾液3電解也可以得到液體聚合氯化鋁．裝置如圖所示（陰離子交換膜只允許陰離子通過，電極為惰性電極）．

①寫出陰極室的電極反應(yīng)：

 

．
②簡(jiǎn)述在反應(yīng)室中生成聚合氯他鋁的原理：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),電解原理

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,電化學(xué)專題

分析：鋁灰（主要成分為Al、Al₂O₃，另有少量CuO、SiO₂、FeO和Fe₂O₃雜質(zhì)）加過量鹽酸，過濾濾渣1為SiO₂，濾液1中含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺等，濾液中加硫化鈉，Cu²⁺轉(zhuǎn)化為CuS沉淀；過濾，濾液2中加NaClO把亞鐵離子氧化為鐵離子，鐵離子易水解生成氫氧化鐵沉淀，過濾，濾液3中為氯化鋁；
（1）操作I是分離固體和液體混合物的操作；Al₂O₃與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和水；
（2）銅離子與硫離子結(jié)合生成CuS沉淀；
（3）亞鐵離子被NaClO氧化為鐵離子，鐵離子易水解生成氫氧化鐵沉淀；
（4）AlCl₃水解生成Al_m（OH）_nCl_3m-n和HCl，根據(jù)原子守恒配平方程式；
（5）①陰極上氫離子得電子生成氫氣；
②陰離子交換膜只允許陰離子通過，則陰極室中的氫氧根離子進(jìn)入反應(yīng)室生成Al_m（OH）_nCl_3m-n．

解答： 解：鋁灰（主要成分為Al、Al₂O₃，另有少量CuO、SiO₂、FeO和Fe₂O₃雜質(zhì)）加過量鹽酸，過濾濾渣1為SiO₂，濾液1中含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺等，濾液中加硫化鈉，Cu²⁺轉(zhuǎn)化為CuS沉淀；過濾，濾液2中加NaClO把亞鐵離子氧化為鐵離子，鐵離子易水解生成氫氧化鐵沉淀，過濾，濾液3中為氯化鋁；
（1）操作I是分離固體和液體混合物的操作是過濾；Al₂O₃與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和水，其反應(yīng)的離子方程式為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
故答案為：過濾；Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）溶液中含有銅離子，加入硫化鈉，生成CuS黑色沉淀；故答案為：CuS；
（3）向?yàn)V液2中含有亞鐵離子，加入NaClO溶液，亞鐵離子被NaClO氧化為鐵離子，鐵離子易水解生成氫氧化鐵沉淀；故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀；
（4）AlCl₃水解生成Al_m（OH）_nCl_3m-n和HCl，根據(jù)原子守恒配平方程式為：mAlCl₃+nH₂O=Al_m（OH）_nCl_3m-n+nHCl；
故答案為：mAlCl₃+nH₂O=Al_m（OH）_nCl_3m-n+nHCl；
（5）①陰極上氫離子得電子生成氫氣，則陰極的電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②陰離子交換膜只允許陰離子通過，電解過程中反應(yīng)室中的氯離子通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，陰極室中的氫氧根離子進(jìn)入反應(yīng)室生成Al_m（OH）_nCl_3m-n；
故答案為：電解過程中反應(yīng)室中的氯離子通過陰離子交換膜進(jìn)入陽極室，陰極室中的氫氧根離子通過陰離子交換膜進(jìn)入反應(yīng)室，生成聚合氯化鋁．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道關(guān)于物質(zhì)的分離和提純知識(shí)的實(shí)驗(yàn)操作題，涉及基本實(shí)驗(yàn)操作、沉淀的生成、氧化還原反應(yīng)、電解原理的應(yīng)用等，側(cè)重于考查學(xué)生分析和解決問題的能力，題目難度中等．