Question

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：       。

            

              图1                                    图2

（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

（1）①聚合硫酸铁具有吸附作用；

②将稀HNO3改为H2O2（或O2、O3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

【解析】

试题分析：（1）①聚合硫酸铁可用于净水的原理是聚合硫酸铁的Fe3+水解产生Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体具有很强的吸附作用，所以聚合硫酸铁可用于净水的原理是聚合硫酸铁具有吸附作用。

②在上述流程中的“氧化”过程中使用的氧化剂是HNO3，该氧化剂得到电子，被还原变为NO,会造成环境污染，改进的意见是使用绿色氧化剂H2O2（或O2、O3等），乙醇是有机物，聚合硫酸铁是盐，该物质在乙醇中的溶解度比在水中小，浓缩时向其中加入一定量的乙醇，就可以降低聚合硫酸铁的溶解度，以便析出；乙醇容易挥发，便于使所得产物易于干燥。

③加入试剂Y的目的是消耗酸，调节溶液的pH，所加试剂应该既可以反应消耗酸，又不引入杂质，则Y为Fe2O3；如图1所示，溶液的pH对[Fe2(OH)x(SO4)y]n 中x的值有较大影响，溶液的pH过小，pH＜3，会抑制Fe3+的水解，盐的水解程度减小，因此导致聚合硫酸铁中x的值减小；

（2）①为使Al、Fe合金中Al溶解，而Fe不溶解，，还不引入杂质离子，应该加入只与Al反应的KOH溶液；明矾是一种常见铝钾硫酸盐。所以试剂X应为KOH；

②根据图2所示的明矾溶解度曲线，可知温度升高，明矾的溶解度增大；由滤液Ⅰ制备明矾晶体的实验步骤是向滤液Ⅰ中加入足量的含铝废铁屑至不再有气泡产生，过滤，除去固体杂质；向所得滤液中加入少量稀硫酸，发生反应：AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓,生成白色沉淀，继续滴加稀硫酸至生成的沉淀溶解；发生反应：Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O，将所得溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，为减少明矾的溶解，用酒精洗涤晶体，干燥，得到明矾晶体。

考点：考查制备聚合硫酸铁和明矾的流程分析等知识。