Question

20．鋁鐵合金可在某些航天器件中替代鈦鋁合金，大幅度降低成本．圖1實驗流程可利用廢棄的鋁鐵合金制備聚合硫酸鐵和明礬：

（1）流程中試劑X應為KOH溶液，發(fā)生反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．“浸泡、過濾”車間墻壁上應張貼如下哪種標志B（填寫序號）．

（2）聚合硫酸鐵是一種無毒無害、化學性質(zhì)穩(wěn)定、能與水混溶的新型絮凝劑，微溶于乙醇，其化學式可表示為[Fe₂（OH）_x（SO₄）_y]_n．
①聚合硫酸鐵可用于凈水，說明其具有聚合硫酸鐵具有吸附作用．
②濃縮時向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是降低聚合硫酸鐵的溶解度，以便析出，所得產(chǎn)物易于干燥．
③加入試劑Y的目的是調(diào)節(jié)pH，所加試劑Y為Fe₂O₃；溶液的pH對[Fe₂（OH）_x（SO₄）_y]_n　中x的值有較大影響（如圖2所示），試分析pH過小（pH＜3）導致聚合硫酸鐵中x的值減小的原因：pH過小，會抑制Fe³⁺的水解．
（3）鋁鐵合金制品出廠前一般要經(jīng)過“發(fā)黑”處理，工藝原理是在金屬表面形成一層致密的金屬氧化物薄膜，有助于合金的防腐，若用電解法對鋁鐵合金進行“發(fā)黑”處理，則鋁鐵合金制品應連接電解池的陽極（選填“陽極”或“陰極”）
（4）若11.0g某鋁鐵合金樣品溶于足量鹽酸，標準狀況下放出8.96L氣體，則合金中鋁、鐵的物質(zhì)的量之比為2：1．

Answer 1

分析 由流程可知，廢棄的鋁鐵合金加入氫氧化鉀溶液浸泡反應鋁反應得到偏鋁酸鉀溶液，過濾，濾液經(jīng)一系列操作反應生成硫酸鋁鉀，濾渣中加入稀硫酸和鐵反應生成硫酸亞鐵，加入稀硝酸氧化為硫酸鐵，加入試劑Y調(diào)節(jié)溶液PH，但不能引入新的雜質(zhì)，加入氧化鐵和酸反應來調(diào)節(jié)溶液PH，酸性越強，對鐵離子水解程度抑制越大，生成氫氧化鐵少，得到溶液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌，干燥得到聚合生成聚合硫酸鐵，
（1）明礬是一種常見鋁鉀硫酸鹽，所以為充分利用原料，試劑X應為氫氧化鉀；鋁和氫氧化鉀溶液反應生成偏鋁酸鉀和氫氣，反應中有強堿溶液反應且放出氣體需要放置腐蝕作用；
（2）①聚合硫酸鐵是一種無毒無害、化學性質(zhì)穩(wěn)定、能與水混溶的新型絮凝劑，具有較大表面積能吸附懸浮雜質(zhì)凈水的作用；
②聚合硫酸鐵微溶于乙醇，濃縮時向其中加入一定量的乙醇可以利于聚合硫酸鐵析出，乙醇易揮發(fā)分析；
③加入氧化鐵和酸反應來調(diào)節(jié)溶液PH，不引入新的雜質(zhì)，圖象分析可知PH＜3，x值越小，是因為酸性條件下鐵離子水解被抑制；
（3）鋁鐵合金的陽極氧化，也是一種常用的金屬表面處理技術，它能使鋁的表面生成一層特別致密的氧化膜，電解池的陽極材料是活潑電極時，則該電極反應是金屬本身失電子的過程，陰極發(fā)生陽離子的得電子過程；
（4）發(fā)生反應Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑，設Fe、Al的物質(zhì)的量分別為x、y，結(jié)合方程式表示出氫氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)二者質(zhì)量、氫氣體積列方程組計算；

解答 解：由流程可知，廢棄的鋁鐵合金加入氫氧化鉀溶液浸泡反應鋁反應得到偏鋁酸鉀溶液，過濾，濾液經(jīng)一系列操作反應生成硫酸鋁鉀，濾渣中加入稀硫酸和鐵反應生成硫酸亞鐵，加入稀硝酸氧化為硫酸鐵，加入試劑Y調(diào)節(jié)溶液PH，但不能引入新的雜質(zhì)，加入氧化鐵和酸反應來調(diào)節(jié)溶液PH，酸性越強，對鐵離子水解程度抑制越大，生成氫氧化鐵少，得到溶液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌，干燥得到聚合生成聚合硫酸鐵，
（1）廢棄的鋁鐵合金中，鋁是兩性元素，可以和強酸強堿溶液發(fā)生反應，試劑X應為氫氧化鉀；鋁和氫氧化鉀溶液反應生成偏鋁酸鉀和氫氣，2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，反應中有強堿溶液反應且放出氣體需要放置腐蝕作用，應鐵腐蝕性的警示標志，
故答案為：KOH；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；B；
（2）①聚合硫酸鐵是一種無毒無害、化學性質(zhì)穩(wěn)定、能與水混溶的新型絮凝劑，具有較大表面積能吸附懸浮雜質(zhì)，有凈水的作用，聚合硫酸鐵可用于凈水的原理是具有吸附作用，
故答案為：聚合硫酸鐵具有吸附；
②聚合硫酸鐵微溶于乙醇，濃縮時向其中加入一定量的乙醇，可以降低聚合硫酸鐵的溶解度利于聚合硫酸鐵析出，乙醇易揮發(fā)得到晶體易于干燥；
故答案為：降低聚合硫酸鐵的溶解度，以便析出，所得產(chǎn)物易于干燥；
③加入氧化鐵和酸反應來調(diào)節(jié)溶液pH，所加試劑Y為Fe₂O₃，不引入新的雜質(zhì)；圖象分析可知PH＜3，x值越小，是因為酸性條件下鐵離子水解被抑制，分析pH過�。╬H＜3）導致聚合硫酸鐵中x的值減小，
故答案為：Fe₂O₃；pH過小，會抑制Fe³⁺的水解；
（3）電解池的陽極材料是鋁鐵合金時，則該電極反應是鋁本身失電子的過程，即2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺，陰極發(fā)生陽離子的得電子過程，在酸溶液中，為6H⁺+6e^-=3H₂，故答案為：陽極；
（4）設Fe、Al的物質(zhì)的量分別為x、y，則：
Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑
x           x
2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑
y              1.5y
根據(jù)二者質(zhì)量，可得56g/mol×x+27g/mol×y=11.0g
根據(jù)生成氫氣的體積，有：x+1.5y=$\frac{8.96L}{22.4L/mol}$
聯(lián)立方程，解得：x=0.1mol，y=0.2mol，
故混合物中Al與Fe的物質(zhì)的量之比為0.2mol：0.1mol=2：1；
故答案為：2：1；

點評 本題考查了物質(zhì)分離提純的實驗過程分析、混合物的有關計算、物質(zhì)性質(zhì)的理解應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．