Question

18．聚合氯化鋁（PAC）是常用于水質凈化的無機高分子混凝劑，其化學式可表示為[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（主要化學組成為Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃）進行制備，工藝流程如圖1所示：

（1）鹽酸酸浸所涉及反應的離子方程式是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
開始沉淀時	3.4	1.5
完全沉淀時	4.7	2.8

注：金屬離子的起始濃度為0.1mol•L^-1
根據表中數據解釋加入X的主要目的：調節(jié)溶液pH至Fe³⁺完全沉淀，濾渣中主要含有物質的化學式是Fe（OH）₃、SiO₂．
（3）已知：生成液體PAC的反應為2Al³⁺+m（6-n） Cl^-+mn H₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mn H⁺．用碳酸鈣調節(jié)溶液的pH時，要嚴控pH的大小，pH偏小或偏大液體PAC的產率都會降低．請解釋pH偏小液體PAC產率降低的原因：pH偏小時，抑制平衡2Al³⁺+m（6-n）Cl^-+mnH₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mnH⁺正向移動生成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)百分數隨溫度變化的曲線；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T＞80℃時，Al_T明顯降低的原因是溫度升高，導致液體PAC向Al（OH）₃沉淀轉化．

Answer 1

分析 高嶺土的主要化學組成為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可調節(jié)pH使鐵離子轉化為沉淀，則過濾后的濾渣為SiO₂、Fe（OH）₃，濾液中含鋁離子，用碳酸鈣調節(jié)溶液的pH時，要嚴控pH的大小，pH偏小或偏大液體PAC的產率都會降低，最后濃縮、聚合得到聚合氯化鋁（PAC），并結合習題中的信息及圖象來解答．

解答 解：高嶺土的主要化學組成為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可調節(jié)pH使鐵離子轉化為沉淀，則過濾后的濾渣為SiO₂、Fe（OH）₃，濾液中含鋁離子，用碳酸鈣調節(jié)溶液的pH時，要嚴控pH的大小，pH偏小或偏大液體PAC的產率都會降低，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）由表中數據可知加入X的主要目的調節(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的化學式是Fe（OH）₃、SiO₂，
故答案為：調節(jié)溶液pH至Fe³⁺完全沉淀；Fe（OH）₃、SiO₂；
（3）用碳酸鈣調節(jié)溶液的pH時，要嚴控pH的大小，pH偏小或偏大液體PAC的產率都會降低，解釋pH偏小液體PAC產率降低的原因為pH偏小時，抑制平衡2Al³⁺+m（6-n） Cl^-+mn H₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mn H⁺ 正向移動生成PAC，
故答案為：pH偏小時，抑制平衡2Al³⁺+m（6-n） Cl^-+mn H₂O?[Al₂（OH）_nCl_6-n]_m+mn H⁺ 正向移動生成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T＞80℃時，Al_T明顯降低的原因是溫度升高，導致液體PAC向Al（OH）₃沉淀轉化，故答案為：溫度升高，導致液體PAC向Al（OH）₃沉淀轉化．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，為高頻考點，把握制備流程及習題中的表格、圖象等為解答的關鍵，側重分析與應用、實驗能力的綜合考查，題目難度中等．