Question

(15分) 铝铁合金在微电机中有广泛应用，某兴趣小组为利用废弃的铝铁合金设计了如下实验流程制备聚合硫酸铁和明矾：

（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，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的原理是                                    。

②有人认为上述流程中的“氧化”设计存在缺陷，请提出改进意见：                    ；

浓缩时向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是                              。

③加入试剂Y的目的是调节pH，所加试剂Y为      ；溶液的pH对[Fe₂(OH)_x(SO₄)_y]_n中x的值有较大影响（如图1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：        。

（2）明矾是一种常见铝钾硫酸盐。

①为充分利用原料，试剂X应为      。

②请结合图2所示的明矾溶解度曲线，补充完整由滤液Ⅰ制备明矾晶体的实验步骤(可选用的试剂：废弃的铝铁合金、稀硫酸、NaOH溶液和酒精)：向滤液Ⅰ中加入足量的含铝废铁屑至不再有气泡产生，        ，得到明矾晶体。

Answer

（15分）

（1）①聚合硫酸铁具有吸附作用

②将稀HNO3改为H2O2（或其他合理答案等）

降低聚合硫酸铁的溶解度，以便析出；所得产物易于干燥

③Fe2O3 pH过小，会抑制Fe3+的水解

（2）①KOH

②过滤，向所得滤液中加入稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加稀硫酸至生成的沉淀溶解；将所得溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，用酒精洗涤晶体，干燥

（除第⑵②小题最后一空3分，其他每空2分，共15分）

【解析】

试题分析：（1）①聚合硫酸铁可用于净水的原理是溶液中的铁离子水解生成氢氧化铁胶体，具有吸附作用，即聚合硫酸铁具有吸附作用，所以可用于净水；

②稀硝酸做氧化剂，则硝酸钡还原时会产生对环境有污染的气体NO或二氧化氮，所以不能用硝酸氧化，改为绿色氧化剂，如过氧化氢，所以将稀HNO3改为H2O2；

乙醇为有机溶剂，聚合硫酸铁在乙醇中的溶解度较小，便于聚合硫酸铁析出，所以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的目的是中和过量的酸而不能产生新的杂质，调节溶液的pH，使铁离子沉淀，所以试剂Y为Fe2O3 ；聚合硫酸铁中x的值减小，说明铁离子未沉淀完全，因为铁离子水解使溶液呈酸性，若pH过小，会抑制Fe3+的水解，铁离子沉淀不完全；

（2）①加入过量的试剂X的目的是除去铁铝合金中的Al，所以选择强碱溶液，又因为最终得到硫酸铝钾，所以选择的强碱为KOH，则X为KOH；

②向滤液Ⅰ中加入足量的含铝废铁屑至不再有气泡产生，除去多余的KOH，然后过滤，向所得滤液中加入稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加稀硫酸至生成的沉淀溶解，得到硫酸铝和硫酸钾的混合液；从溶液中得到硫酸铝钾的晶体的操作为：将所得溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，用酒精洗涤晶体，干燥。

考点：考查物质制备流程的分析，实验步骤的设计