Question

18．聚合氯化鋁（PAC）是常用于水質(zhì)凈化的無(wú)機(jī)高分子混凝劑，其化學(xué)式可表示為[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m（n＜6，m為聚合度）．PAC常用高溫活化后的高嶺土（主要化學(xué)組成為Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃）進(jìn)行制備，工藝流程如圖1所示：

（1）鹽酸酸浸所涉及反應(yīng)的離子方程式是6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O、6H⁺+Fe₂O₃═2Fe³⁺+3H₂O．
（2）已知：生成氫氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）3
開(kāi)始沉淀時(shí)	3.4	1.5
完全沉淀時(shí)	4.7	2.8

注：金屬離子的起始濃度為0.1mol•L^-1
根據(jù)表中數(shù)據(jù)解釋加入X的主要目的：調(diào)節(jié)溶液pH至Fe³⁺完全沉淀，濾渣中主要含有物質(zhì)的化學(xué)式是Fe（OH）₃、SiO₂．
（3）已知：生成液體PAC的反應(yīng)為2Al³⁺+m（6-n） Cl^-+mn H₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mn H⁺．用碳酸鈣調(diào)節(jié)溶液的pH時(shí)，要嚴(yán)控pH的大小，pH偏小或偏大液體PAC的產(chǎn)率都會(huì)降低．請(qǐng)解釋pH偏小液體PAC產(chǎn)率降低的原因：pH偏小時(shí)，抑制平衡2Al³⁺+m（6-n）Cl^-+mnH₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mnH⁺正向移動(dòng)生成PAC．
（4）濃縮聚合得到含PAC的液體中鋁的各種形態(tài)主要包括：
Al_a--Al³⁺單體形態(tài)鋁
Al_b--[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m聚合形態(tài)鋁
Al_c--Al（OH）₃膠體形態(tài)
圖2為Al各形態(tài)百分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線；圖3為含PAC的液體中鋁的總濃度Al_T隨溫度變化的曲線．
①50-90℃之間制備的液體PAC中，聚合形態(tài)鋁含量最多．
②當(dāng)T＞80℃時(shí)，Al_T明顯降低的原因是溫度升高，導(dǎo)致液體PAC向Al（OH）₃沉淀轉(zhuǎn)化．

Answer 1

分析 高嶺土的主要化學(xué)組成為Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃，由制備流程可知，加鹽酸發(fā)生6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O、6H⁺+Fe₂O₃═2Fe³⁺+3H₂O，加X(jué)可調(diào)節(jié)pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，則過(guò)濾后的濾渣為SiO₂、Fe（OH）₃，濾液中含鋁離子，用碳酸鈣調(diào)節(jié)溶液的pH時(shí)，要嚴(yán)控pH的大小，pH偏小或偏大液體PAC的產(chǎn)率都會(huì)降低，最后濃縮、聚合得到聚合氯化鋁（PAC），并結(jié)合習(xí)題中的信息及圖象來(lái)解答．

解答 解：高嶺土的主要化學(xué)組成為Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃，由制備流程可知，加鹽酸發(fā)生6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O、6H⁺+Fe₂O₃═2Fe³⁺+3H₂O，加X(jué)可調(diào)節(jié)pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，則過(guò)濾后的濾渣為SiO₂、Fe（OH）₃，濾液中含鋁離子，用碳酸鈣調(diào)節(jié)溶液的pH時(shí)，要嚴(yán)控pH的大小，pH偏小或偏大液體PAC的產(chǎn)率都會(huì)降低，最后濃縮、聚合得到聚合氯化鋁（PAC），
（1）鹽酸酸浸所涉及反應(yīng)的離子方程式是6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O、6H⁺+Fe₂O₃═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O、6H⁺+Fe₂O₃═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知加入X的主要目的調(diào)節(jié)溶液pH至Fe³⁺完全沉淀，由上述分析可知，濾渣中主要含有物質(zhì)的化學(xué)式是Fe（OH）₃、SiO₂，
故答案為：調(diào)節(jié)溶液pH至Fe³⁺完全沉淀；Fe（OH）₃、SiO₂；
（3）用碳酸鈣調(diào)節(jié)溶液的pH時(shí)，要嚴(yán)控pH的大小，pH偏小或偏大液體PAC的產(chǎn)率都會(huì)降低，解釋pH偏小液體PAC產(chǎn)率降低的原因?yàn)閜H偏小時(shí)，抑制平衡2Al³⁺+m（6-n） Cl^-+mn H₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mn H⁺ 正向移動(dòng)生成PAC，
故答案為：pH偏小時(shí)，抑制平衡2Al³⁺+m（6-n） Cl^-+mn H₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mn H⁺ 正向移動(dòng)生成PAC；
（4）①由圖2可知，50-90℃之間制備的液體PAC中，聚合形態(tài)鋁含量最多，故答案為：聚合；
②當(dāng)T＞80℃時(shí)，Al_T明顯降低的原因是溫度升高，導(dǎo)致液體PAC向Al（OH）₃沉淀轉(zhuǎn)化，故答案為：溫度升高，導(dǎo)致液體PAC向Al（OH）₃沉淀轉(zhuǎn)化．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，把握制備流程及習(xí)題中的表格、圖象等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．