Question

(16分)水处理剂在生产生活中有重要的应用。

（1）聚合氯化铝晶体([Al₂(OH)_nCl_6-n∙xH₂O]_m)是一种高效无机水处理剂，它的制备原理是通过调节增大A1C1₃溶液的pH，促进其水解而结晶析出。利用高岭土制备聚合氯化铝，其制备过程有如下两种途径：

说明：①高岭土的化学组成为：Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃及少量有机杂质和水分，

②高岭土在煅烧的过程中可除去有机杂质和水分。

①途径I和途径Ⅱ中最合理的是_________。

②途径I中加入铝粉最主要的目的是__________(选填序号字母)。

a．中和过量的盐酸             b．将Fe³⁺还原为Fe²⁺

c．除去溶液中的铁元素        d．制备生成聚合氯化铝所需要的AlCl₃

③加入碳酸钙调节溶液pH至4.0～4.5的目的是_______________________。

④蒸发浓缩过程中生成Al₂(OH)_nCl_6-n∙xH₂O的化学反应方程式是_______。

（2）Na₂FeO₄是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂。电解法制备Na₂FeO₄的装置如右图所示：

请根据图示回答：电解过程的化学方程式为_________；电路中每通过0.6 mol电子在Ni电极上产生的气体在标况下的体积为_________；隔膜应选择__________(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。

Answer

（1）途径I（2分），c（2分），促使氯化铝水解，2AlCl3+(x+n)H2OAl2(OH)nCl6-n·xH2O+nHCl↑；

（2）Fe+2NaOH+2H2ONa2FeO4+3H2↑（3分），6.72L（2分），阳离子交换膜（2分）。

【解析】

试题分析：（1）①途径I：高岭土在煅烧的过程中除去有机杂质和水分，然后加入过量的盐酸，发生反应：Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O，Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，然后再加入过量的Al，发生反应：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑，Al+FeCl3= AlCl3+Fe,将不能反应的SiO2及置换出来的Fe过滤除去，向滤液中加入CaCO3，与酸发生反应，使溶液的pH至4.0～4.5，就可以使大量的Al3+发生水解反应，形成聚合氯化铝晶体([Al2(OH)nCl6-n∙xH2O]m)；途径Ⅱ：高岭土在煅烧的过程中除去有机杂质和水分，然后加入过量的NaOH，发生反应：Al2O3+2NaOH=NaAlO2+H2O；SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，过滤除去不能反应的Fe2O3，向滤液中加入过量的盐酸，发生反应：NaAlO2+4HCl=NaCl+ AlCl3+2H2O；Na2SiO3+2HCl= 2NaCl+H2SiO3↓，将沉淀过滤除去，在滤液中含有NaCl、 AlCl3、过量的HCl，因此滤液不纯，不能得到纯净的聚合氯化铝晶体([Al2(OH)nCl6-n∙xH2O]m)。故途径I好，最合理。②途径I中加入铝粉一方面发生消耗过量的盐酸，另一方面，与溶液中的杂质FeCl3发生置换反应，除去杂质。最主要的目的是除去溶液中的铁元素，选项是c。③加入碳酸钙调节溶液pH至4.0～4.5的目的是促使氯化铝水解。④蒸发浓缩过程中生成Al2(OH)nCl6-n∙xH2O的化学反应方程式是2AlCl3+(x+n)H2O Al2(OH)nCl6-n·xH2O+nHCl↑；（2） 电解过程，阳极Fe失去电子变为Fe2+进入溶液，在阴极，溶液中的H+得到电子变为H2逸出，产生的Fe2+在碱性条件下被氧化变为FeO42-，根据题意可得溶液中的化学方程式为Fe+2NaOH+2H2ONa2FeO4+3H2↑。电路中每通过0.6 mol电子，在Ni电极上产生的气体是物质的量是0.3mol，在标况下的体积为V=0.3mol×22.4L/mol=6.72L；由于反应产生Fe2+在碱性条件下被氧化为FeO42-，所以应该使Fe2+进入阴极室，隔膜应选择阳离子交换膜。

考点：考查方案的设计与评价、物质的作用、电解原理的应用的知识。