Question

2．PAFC（聚合碱式氯化铝铁，通式：_n）是一种新型的无机高分子絮凝剂．以高铁铝土矿、硫酸厂渣尘为配料（主要成分：Al₂O₃、Fe₂O₃，杂质FeO、SiO₂等）为原料制取PAFC的实验流程如图：

（1）为提高“酸溶”速率，除适当增大盐酸浓度外，还可采取的措施有升高反应温度或减少固体配料的粒直径（举一例）．
（2）“酸溶”时，Al₂O₃与盐酸反应的化学方程式为Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，滤渣1的主要成分为SiO₂（写化学式）
（3）“氧化”时，NaClO₃氧化Fe²⁺，本身被还原为Cl^-，该反应的离子方程式为ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O．
（4）“洗涤”时，检验是否洗净的方法是取最后一次洗涤液少许放入试管中，滴加硝酸银和稀硝酸，若无白色沉淀生成，表明已洗涤干净．反之，则说明没洗干净．
（5）$\frac{n（Al）}{n（Fe）}$是衡量PAFC净水效果的重要参数之一，某合作学习小组的同学拟通过实验确定产品中$\frac{n（Al）}{n（Fe）}$的比值．
步骤1．准确称取5.710g样品，溶于水，加入足量的稀氨水，过滤，将滤渣灼烧至质量不再变化，得到3.350g固体．
步骤2．另准确称取2.855g样品，溶于足量NaOH溶液，过滤，充分洗涤，将滤渣灼烧至质量不再变化，得到固体0.4000g．
①通式_n中，a、b、x、y的代数关系式为3a+3b=x+y．
②求产品中$\frac{n（Al）}{n（Fe）}$比值（请写出计算过程）．

Answer 1

分析 根据流程可知，配料（主要成分：Al₂O₃、Fe₂O₃，杂质FeO、SiO₂等）用盐酸酸浸，过滤后可得氯化铝、氯化铁、氯化亚铁混合溶液，滤渣Ⅰ为SiO₂，在滤液中加入氯酸钠溶液，将亚铁离子氧化为铁离子，再调节pH值为3，进行聚合得聚合碱式氯化铝铁沉淀，经过过滤、洗涤、干燥即可得PAFC，
（1）根据影响反应速率的因素确定采取的措施；
（2）Al₂O₃与盐酸反应生成氯化铝和水，根据上面的分析可知滤渣1的主要成份；
（3）NaClO₃氧化Fe²⁺，本身被还原为Cl^-，根据电子得失守恒和元素守恒书写离子方程式；
（4）沉淀表面附着液中含有Cl^-，只要检验到最后一次洗涤液中无Cl^-即可证明洗涤干净；
（5）①根据化合物中元素的化合价为零确定关系式；
②根据题意，准确称取PAFC样品 5.710g，溶于水，加入足量的稀氨水，过滤，将滤渣灼烧至质量不再变化，得到Al₂O₃、Fe₂O₃的总质量为3.350g，另准确称取2.855g样品，溶于足量NaOH溶液，过滤，充分洗涤，将滤渣灼烧至质量不再变化，得到固体为Fe₂O₃，其质量为0.4000g，相当于5.710g样品中含Fe₂O₃为0.8000g，据此可计算出氧化铝和氧化铁的物质的量，进而确定产品中$\frac{n（Al）}{n（Fe）}$的比值．

解答 解：（1）根据影响反应速率的因素可知，为提高“酸溶”速率可采取的措施是升高反应温度或减少固体配料的粒直径，
故答案为：升高反应温度或减少固体配料的粒直径；
（2）Al₂O₃与盐酸反应生成氯化铝和水，反应的方程式为Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，根据上面的分析可知滤渣1的主要成份为SiO₂，
故答案为：Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O；SiO₂；
（3）NaClO₃氧化Fe²⁺，本身被还原为Cl^-，反应的离子方程式为ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
（4）欲证明沉淀洗涤干净，可取最后一次洗涤液少许放入试管中，滴加硝酸银和稀硝酸，若无白色沉淀生成，表明已洗涤干净．反之，则说明没洗干净，
故答案为：取最后一次洗涤液少许放入试管中，滴加硝酸银和稀硝酸，若无白色沉淀生成，表明已洗涤干净．反之，则说明没洗干净；
（5）①根据化合物中元素的化合价为零可得关系式3a+3b=x+y，
故答案为：3a+3b=x+y；
②根据题意，由步骤2 在2.855g样品中：160g•mol^-1×n（Fe₂O₃）=0.4000g，n（Fe₂O₃）=0.0025mol，相当于5.710g样品中含n（Fe₂O₃）=0.0050mol，
由步骤1在5.710g样品中：102g•mol^-1×n（Al₂O₃）+160g•mol^-1×n（Fe₂O₃）=3.350g；102g•mol^-1×n（Al₂O₃）=3.350g-2×0.4000g，所以n（Al₂O₃）=0.025mol
则n（Al）/n（Fe）=$\frac{2×0.025mol}{2×0.005mol}=\frac{5}{1}$，
答：产品中$\frac{n（Al）}{n（Fe）}$的比值为5：1．

点评 本题考查二氧化硅和铝、铁及其化合物的性质，为高频考点，侧重与学生的分析能力和实验能力及计算能力的考查，把握流程中发生的化学反应为解答的关键，难度中等．