Question

20．铝铁合金可在某些航天器件中替代钛铝合金，大幅度降低成本．图1实验流程可利用废弃的铝铁合金制备聚合硫酸铁和明矾：

（1）流程中试剂X应为KOH溶液，发生反应的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．“浸泡、过滤”车间墙壁上应张贴如下哪种标志B（填写序号）．

（2）聚合硫酸铁是一种无毒无害、化学性质稳定、能与水混溶的新型絮凝剂，微溶于乙醇，其化学式可表示为[Fe₂（OH）_x（SO₄）_y]_n．
①聚合硫酸铁可用于净水，说明其具有聚合硫酸铁具有吸附作用．
②浓缩时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铁的溶解度，以便析出，所得产物易于干燥．
③加入试剂Y的目的是调节pH，所加试剂Y为Fe₂O₃；溶液的pH对[Fe₂（OH）_x（SO₄）_y]_n　中x的值有较大影响（如图2所示），试分析pH过小（pH＜3）导致聚合硫酸铁中x的值减小的原因：pH过小，会抑制Fe³⁺的水解．
（3）铝铁合金制品出厂前一般要经过“发黑”处理，工艺原理是在金属表面形成一层致密的金属氧化物薄膜，有助于合金的防腐，若用电解法对铝铁合金进行“发黑”处理，则铝铁合金制品应连接电解池的阳极（选填“阳极”或“阴极”）
（4）若11.0g某铝铁合金样品溶于足量盐酸，标准状况下放出8.96L气体，则合金中铝、铁的物质的量之比为2：1．

Answer 1

分析 由流程可知，废弃的铝铁合金加入氢氧化钾溶液浸泡反应铝反应得到偏铝酸钾溶液，过滤，滤液经一系列操作反应生成硫酸铝钾，滤渣中加入稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁，加入稀硝酸氧化为硫酸铁，加入试剂Y调节溶液PH，但不能引入新的杂质，加入氧化铁和酸反应来调节溶液PH，酸性越强，对铁离子水解程度抑制越大，生成氢氧化铁少，得到溶液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到聚合生成聚合硫酸铁，
（1）明矾是一种常见铝钾硫酸盐，所以为充分利用原料，试剂X应为氢氧化钾；铝和氢氧化钾溶液反应生成偏铝酸钾和氢气，反应中有强碱溶液反应且放出气体需要放置腐蚀作用；
（2）①聚合硫酸铁是一种无毒无害、化学性质稳定、能与水混溶的新型絮凝剂，具有较大表面积能吸附悬浮杂质净水的作用；
②聚合硫酸铁微溶于乙醇，浓缩时向其中加入一定量的乙醇可以利于聚合硫酸铁析出，乙醇易挥发分析；
③加入氧化铁和酸反应来调节溶液PH，不引入新的杂质，图象分析可知PH＜3，x值越小，是因为酸性条件下铁离子水解被抑制；
（3）铝铁合金的阳极氧化，也是一种常用的金属表面处理技术，它能使铝的表面生成一层特别致密的氧化膜，电解池的阳极材料是活泼电极时，则该电极反应是金属本身失电子的过程，阴极发生阳离子的得电子过程；
（4）发生反应Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑，设Fe、Al的物质的量分别为x、y，结合方程式表示出氢气的物质的量，再根据二者质量、氢气体积列方程组计算；

解答 解：由流程可知，废弃的铝铁合金加入氢氧化钾溶液浸泡反应铝反应得到偏铝酸钾溶液，过滤，滤液经一系列操作反应生成硫酸铝钾，滤渣中加入稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁，加入稀硝酸氧化为硫酸铁，加入试剂Y调节溶液PH，但不能引入新的杂质，加入氧化铁和酸反应来调节溶液PH，酸性越强，对铁离子水解程度抑制越大，生成氢氧化铁少，得到溶液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到聚合生成聚合硫酸铁，
（1）废弃的铝铁合金中，铝是两性元素，可以和强酸强碱溶液发生反应，试剂X应为氢氧化钾；铝和氢氧化钾溶液反应生成偏铝酸钾和氢气，2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，反应中有强碱溶液反应且放出气体需要放置腐蚀作用，应铁腐蚀性的警示标志，
故答案为：KOH；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；B；
（2）①聚合硫酸铁是一种无毒无害、化学性质稳定、能与水混溶的新型絮凝剂，具有较大表面积能吸附悬浮杂质，有净水的作用，聚合硫酸铁可用于净水的原理是具有吸附作用，
故答案为：聚合硫酸铁具有吸附；
②聚合硫酸铁微溶于乙醇，浓缩时向其中加入一定量的乙醇，可以降低聚合硫酸铁的溶解度利于聚合硫酸铁析出，乙醇易挥发得到晶体易于干燥；
故答案为：降低聚合硫酸铁的溶解度，以便析出，所得产物易于干燥；
③加入氧化铁和酸反应来调节溶液pH，所加试剂Y为Fe₂O₃，不引入新的杂质；图象分析可知PH＜3，x值越小，是因为酸性条件下铁离子水解被抑制，分析pH过小（pH＜3）导致聚合硫酸铁中x的值减小，
故答案为：Fe₂O₃；pH过小，会抑制Fe³⁺的水解；
（3）电解池的阳极材料是铝铁合金时，则该电极反应是铝本身失电子的过程，即2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺，阴极发生阳离子的得电子过程，在酸溶液中，为6H⁺+6e^-=3H₂，故答案为：阳极；
（4）设Fe、Al的物质的量分别为x、y，则：
Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑
x           x
2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑
y              1.5y
根据二者质量，可得56g/mol×x+27g/mol×y=11.0g
根据生成氢气的体积，有：x+1.5y=$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$
联立方程，解得：x=0.1mol，y=0.2mol，
故混合物中Al与Fe的物质的量之比为0.2mol：0.1mol=2：1；
故答案为：2：1；

点评 本题考查了物质分离提纯的实验过程分析、混合物的有关计算、物质性质的理解应用，掌握基础是关键，题目难度中等．