Question

19．聚合氯化鋁（化學式為[Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O]_m）晶體是一種高效無機水處理劑，如圖是實驗室模擬工業制備聚合氯化鋁晶體的工藝流程，制備原料主要是鋁加工行業的廢渣鋁灰，主要含Al₂O₃、Al，含有SiO₂等雜質．

（1）試劑X（寫名稱）是氧化鋁或氫氧化鋁，操作2包含過濾、洗滌和干燥．
（2）生產過程中操作1的操作步驟沿玻璃棒慢慢向過濾器中注入溶液，待溶液濾出后，重復操作2到3次，至濾液澄清為止．
（3）當n=1時，制備Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O的離子方程式：2nAl³⁺+（6-n）Cl^-+（x+n）H₂O?Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O+nH⁺．生產中要嚴格控制溶液中pH，過小，則氯化鋁水解不完全，且n值偏小，產品產量質量會降低．而pH過大，產量也會降低，其原因是AlCl₃完全水解為Al（OH）₃，pH更大時還可將其溶解為[Al（OH）₄]^-．
（4）工業上采用電解裝置制取活潑金屬鋁，若陽極產生的氧氣全部與石墨電極反應生成CO和CO₂氣體，若生產中每生成8.1gAl，陽極損失石墨3.0g，則理論上產生CO的物質的量是0.05mol．

Answer 1

分析 向水中加入鋁灰，鋁灰中可溶性雜質被溶解，然后加入稀鹽酸并加熱攪拌，Al₂O₃、Al溶解，發生的反應方程式為2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑、Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，SiO₂不溶于稀鹽酸，難溶性固體和溶液采用過濾方法分離，將得到的濾液降溫熟化，向溶液中加入X，調節溶液的pH到4.0-4.5之間，加入的X能和酸反應且不能引進新的雜質，最后將溶液過濾、洗滌、干燥得到較純凈的聚合氯化鋁（化學式為[Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O]_m）晶體，
（1）加入的X能和酸反應且不能引進新的雜質；操作2包含過濾、洗滌和干燥；
（2）操作1為過濾，操作過程中要用玻璃棒引流，并重復過濾2-3次；
（3）當n=1時，氯離子、鋁離子和水反應生成Al₂（OH）Cl₅•XH₂O；
pH過大，鋁離子水解生成Al（OH）₃，Al（OH）₃具有兩性，能溶于強堿溶液；
（4）電解時，陽極上C失電子發生氧化反應、陰極上鋁離子得電子發生還原反應，若生產中每生成8.1gAl，轉移電子物質的量=$\frac{8.1g}{27g/mol}×3$=0.9mol，串聯電路中轉移電子相等，所以陽極上失去0.9mol電子，且陽極損失石墨3.0g，物質的量=$\frac{3.0g}{12g/mol}$=0.25mol，（
根據C原子守恒、轉移電子守恒計算理論上產生n（CO）．

解答 解：向水中加入鋁灰，鋁灰中可溶性雜質被溶解，然后加入稀鹽酸并加熱攪拌，Al₂O₃、Al溶解，發生的反應方程式為2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑、Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，SiO₂不溶于稀鹽酸，難溶性固體和溶液采用過濾方法分離，將得到的濾液降溫熟化，向溶液中加入X，調節溶液的pH到4.0-4.5之間，加入的X能和酸反應且不能引進新的雜質，最后將溶液過濾、洗滌、干燥得到較純凈的聚合氯化鋁（化學式為[Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O]_m）晶體，
（1）加入的X能和酸反應且不能引進新的雜質，則應該為氧化鋁或氫氧化鋁；操作2包含過濾、洗滌和干燥，
故答案為：氧化鋁或氫氧化鋁；洗滌；
（2）操作1為過濾，操作過程中要用玻璃棒引流，并重復過濾2-3次，其操作步驟為沿玻璃棒慢慢向過濾器中注入溶液，待溶液濾出后，重復操作2到3次，至濾液澄清為止，
故答案為：沿玻璃棒慢慢向過濾器中注入溶液，待溶液濾出后，重復操作2到3次，至濾液澄清為止；
（3）當n=1時，氯離子、鋁離子和水反應生成Al₂（OH）Cl₅•XH₂O，離子方程式為2nAl³⁺+（6-n）Cl^-+（x+n）H₂O?Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O+n H⁺；
pH過大，鋁離子水解生成Al（OH）₃，Al（OH）₃具有兩性，能溶于強堿溶液，所以pH再大時，Al（OH）₃溶于溶液生成偏鋁酸鹽；
故答案為：2nAl³⁺+（6-n）Cl^-+（x+n）H₂O?Al₂（OH）_nCl_6-n•XH₂O+nH⁺；
AlCl₃完全水解為Al（OH）₃，pH更大時還可將其溶解為[Al（OH）₄]^-；
（4）電解時，陽極上C失電子發生氧化反應、陰極上鋁離子得電子發生還原反應，若生產中每生成8.1gAl，轉移電子物質的量=$\frac{8.1g}{27g/mol}×3$=0.9mol，串聯電路中轉移電子相等，所以陽極上失去0.9mol電子，且陽極損失石墨3.0g，物質的量=$\frac{3.0g}{12g/mol}$=0.25mol，
設CO的物質的量為xmol，根據C原子守恒得n（CO₂）=n（C）-n（CO）=0.25mol-xmol，根據轉移電子守恒得xmol×（2-0）+（0.25-x）mol×（4-0）=0.9mol，x=0.05，
故答案為：0.05 mol．

點評 本題考查物質分離和提純，為高頻考點，側重考查學生知識綜合能力，涉及物質的量的計算、電解原理、鹽類水解、基本操作等知識點，明確流程圖中各個過程發生的反應及操作步驟是解本題關鍵，難點是（4）題計算，根據原子守恒、轉移電子守恒解答即可，題目難度中等．