Question

10．PAFC{聚合堿式氯化鋁鐵，通式：[Fe_aAl_b（OH）_xCl_y]_n}是一種新型的無機高分子絮凝劑．以高鐵鋁土礦、硫酸廠渣塵為配料（主要成分：Al₂O₃、Fe₂O₃，雜質(zhì)FeO、SiO₂等）為原料制取PAFC的實驗流程如下：

（1）為提高“酸溶”速率，除適當增大鹽酸濃度外，還可采取的措施有升高反應溫度或減少固體配料的粒直徑（舉一例）．
（2）“酸溶”時，Al₂O₃與鹽酸反應的化學方程式為Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，濾渣1的主要成分為SiO₂（寫化學式）
（3）“氧化”時，NaClO₃氧化Fe²⁺，本身被還原為Cl^-，該反應的離子方程式為ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O．
（4）“聚合”時，若將溶液pH調(diào)得過高，可能造成的影響是鐵轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，鋁轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃或AlO₂^-．
（5）$\frac{n（Al）}{n（Fe）}$是衡量PAFC凈水效果的重要參數(shù)之一，某合作學習小組的同學擬通過實驗確定產(chǎn)品中$\frac{n（Al）}{n（Fe）}$的比值．
步驟1．準確稱取5.710g樣品，溶于水，加入足量的稀氨水，過濾，將濾渣灼燒至質(zhì)量不再變化，得到3.350g固體．
步驟2．另準確稱取2.855g樣品，溶于足量NaOH溶液，過濾，充分洗滌，將濾渣灼燒至質(zhì)量不再變化，得到固體0.4000g．
①通式[Fe_aAl_b（OH）_xCl_y]_n中，a、b、x、y的代數(shù)關(guān)系式為3a+3b=x+y．
②求產(chǎn)品中$\frac{n（Al）}{n（Fe）}$的比值（請寫出計算過程）．

Answer 1

分析 根據(jù)流程可知，配料（主要成分：Al₂O₃、Fe₂O₃，雜質(zhì)FeO、SiO₂等）用鹽酸酸浸，過濾后可得氯化鋁、氯化鐵、氯化亞鐵混合溶液，濾渣Ⅰ為SiO₂，在濾液中加入氯酸鈉溶液，將亞鐵離子氧化為鐵離子，再調(diào)節(jié)pH值為3，進行聚合得聚合堿式氯化鋁鐵沉淀，經(jīng)過過濾、洗滌、干燥即可得PAFC，
（1）根據(jù)影響反應速率的因素確定采取的措施；
（2）Al₂O₃與鹽酸反應生成氯化鋁和水，根據(jù)上面的分析可知濾渣1的主要成份；
（3）NaClO₃氧化Fe²⁺，本身被還原為Cl^-，根據(jù)電子得失守恒和元素守恒書寫離子方程式；
（4）根據(jù)鐵離子和鋁離子的性質(zhì)可知，如果溶液的pH值過高，則會生成氫氧化鐵沉淀和偏鋁酸鹽；
（5）①根據(jù)化合物中元素的化合價為零確定關(guān)系式；
②根據(jù)題意，準確稱取PAFC樣品 5.710g，溶于水，加入足量的稀氨水，過濾，將濾渣灼燒至質(zhì)量不再變化，得到Al₂O₃、Fe₂O₃的總質(zhì)量為3.350g，另準確稱取2.855g樣品，溶于足量NaOH溶液，過濾，充分洗滌，將濾渣灼燒至質(zhì)量不再變化，得到固體為Fe₂O₃，其質(zhì)量為0.4000g，相當于5.710g樣品中含F(xiàn)e₂O₃為0.8000g，據(jù)此可計算出氧化鋁和氧化鐵的物質(zhì)的量，進而確定產(chǎn)品中$\frac{n（Al）}{n（Fe）}$的比值．

解答 解：（1）根據(jù)影響反應速率的因素可知，為提高“酸溶”速率可采取的措施是升高反應溫度或減少固體配料的粒直徑，
故答案為：升高反應溫度或減少固體配料的粒直徑；
（2）Al₂O₃與鹽酸反應生成氯化鋁和水，反應的方程式為Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，根據(jù)上面的分析可知濾渣1的主要成份為SiO₂，
故答案為：Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O；SiO₂；
（3）NaClO₃氧化Fe²⁺，本身被還原為Cl^-，反應的離子方程式為ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
（4）根據(jù)鐵離子和鋁離子的性質(zhì)可知，如果溶液的pH值過高，則會生成氫氧化鐵沉淀和偏鋁酸鹽，
故答案為：鐵轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，鋁轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃或AlO₂^-；
（5）①根據(jù)化合物中元素的化合價為零可得關(guān)系式3a+3b=x+y，
故答案為：3a+3b=x+y；
②根據(jù)題意，由步驟2 在2.855g樣品中：160g•mol^-1×n（Fe₂O₃）=0.4000g，n（Fe₂O₃）=0.0025mol，相當于5.710g樣品中含n（Fe₂O₃）=0.0050mol，
由步驟1在5.710g樣品中：102g•mol^-1×n（Al₂O₃）+160g•mol^-1×n（Fe₂O₃）=3.350g；102g•mol^-1×n（Al₂O₃）=3.350g-2×0.4000g，所以n（Al₂O₃）=0.025mol
則n（Al）/n（Fe）=$\frac{2×0.025mol}{2×0.0050mol}$=5：1，
答：產(chǎn)品中$\frac{n（Al）}{n（Fe）}$的比值為5：1．

點評 本題考查二氧化硅和鋁、鐵及其化合物的性質(zhì)，為高頻考點，側(cè)重與學生的分析能力和實驗能力及計算能力的考查，把握流程中發(fā)生的化學反應為解答的關(guān)鍵，難度中等．