Question

以铝灰（主要成分为Al、Al₂O₃，另有少量CuO、SiO₂、FeO和Fe₂O₃杂质）为原料，可制得液体聚合氯化铝[Al_m（OH）_nCl_3m-n]，生产的部分过程如图所示（部分产物和操作已略去）．

已知某些硫化物的性质如下表：

物质	性质
Fe2S3 Al2S3	在水溶液中不存在
FeS	黑色，难溶于水，可溶于盐酸
CuS	黑色，难溶于水，难溶于盐酸

（1）操作I是

 

．Al₂O₃与盐酸反应的离子方程式是

 

．
（2）滤渣2为黑色，该黑色物质的化学式是

 

．
（3）向滤液2中加入NaClO溶液至不再产生红褐色沉淀，此时溶液的pH约为3.7．NaClO的作用是

 

．
（4）将滤液3的pH调至4.2～4.5，利用水解反应得到液体聚合氯化铝．反应的化学方程式是

 

．
（5）将滤液3电解也可以得到液体聚合氯化铝．装置如图所示（阴离子交换膜只允许阴离子通过，电极为惰性电极）．

①写出阴极室的电极反应：

 

．
②简述在反应室中生成聚合氯他铝的原理：

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,电解原理

专题：实验设计题,电化学专题

分析：铝灰（主要成分为Al、Al₂O₃，另有少量CuO、SiO₂、FeO和Fe₂O₃杂质）加过量盐酸，过滤滤渣1为SiO₂，滤液1中含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺等，滤液中加硫化钠，Cu²⁺转化为CuS沉淀；过滤，滤液2中加NaClO把亚铁离子氧化为铁离子，铁离子易水解生成氢氧化铁沉淀，过滤，滤液3中为氯化铝；
（1）操作I是分离固体和液体混合物的操作；Al₂O₃与盐酸反应生成氯化铝和水；
（2）铜离子与硫离子结合生成CuS沉淀；
（3）亚铁离子被NaClO氧化为铁离子，铁离子易水解生成氢氧化铁沉淀；
（4）AlCl₃水解生成Al_m（OH）_nCl_3m-n和HCl，根据原子守恒配平方程式；
（5）①阴极上氢离子得电子生成氢气；
②阴离子交换膜只允许阴离子通过，则阴极室中的氢氧根离子进入反应室生成Al_m（OH）_nCl_3m-n．

解答： 解：铝灰（主要成分为Al、Al₂O₃，另有少量CuO、SiO₂、FeO和Fe₂O₃杂质）加过量盐酸，过滤滤渣1为SiO₂，滤液1中含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺等，滤液中加硫化钠，Cu²⁺转化为CuS沉淀；过滤，滤液2中加NaClO把亚铁离子氧化为铁离子，铁离子易水解生成氢氧化铁沉淀，过滤，滤液3中为氯化铝；
（1）操作I是分离固体和液体混合物的操作是过滤；Al₂O₃与盐酸反应生成氯化铝和水，其反应的离子方程式为：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
故答案为：过滤；Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）溶液中含有铜离子，加入硫化钠，生成CuS黑色沉淀；故答案为：CuS；
（3）向滤液2中含有亚铁离子，加入NaClO溶液，亚铁离子被NaClO氧化为铁离子，铁离子易水解生成氢氧化铁沉淀；故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀；
（4）AlCl₃水解生成Al_m（OH）_nCl_3m-n和HCl，根据原子守恒配平方程式为：mAlCl₃+nH₂O=Al_m（OH）_nCl_3m-n+nHCl；
故答案为：mAlCl₃+nH₂O=Al_m（OH）_nCl_3m-n+nHCl；
（5）①阴极上氢离子得电子生成氢气，则阴极的电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②阴离子交换膜只允许阴离子通过，电解过程中反应室中的氯离子通过阴离子交换膜进入阳极室，阴极室中的氢氧根离子进入反应室生成Al_m（OH）_nCl_3m-n；
故答案为：电解过程中反应室中的氯离子通过阴离子交换膜进入阳极室，阴极室中的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入反应室，生成聚合氯化铝．

点评：本题是一道关于物质的分离和提纯知识的实验操作题，涉及基本实验操作、沉淀的生成、氧化还原反应、电解原理的应用等，侧重于考查学生分析和解决问题的能力，题目难度中等．