Question

以铝灰（主要成分为Al、Al₂O₃，另有少量CuO、SiO₂、FeO和Fe₂O₃杂质）为原料，可制得液体聚合氯化铝Al_m（OH）_nCl_3m-n，生产的部分过程如下图所示（部分产物和操作已略去）。

已知某些硫化物的性质如下表：

（1）操作I是              。Al₂O₃与盐酸反应的离子方程式是                              。
（2）滤渣2为黑色，该黑色物质的化学式是                           。
（3）向滤液2中加入NaClO溶液至不再产生红褐色沉淀，此时溶液的pH约为3．7。NaClO的作用是                            。
（4）将滤液3的pH调至4．2～4．5，利用水解反应得到液体聚合氯化铝。反应的化学方程式是                                。
（5）将滤液3电解也可以得到液体聚合氯化铝。装置如图所示（阴离子交换膜只允许阴离子通过，电极为惰性电极）。

①写出阴极室的电极反应：                                           。
②简述在反应室中生成聚合氯他铝的原理：                                        。

Answer 1

（1）过滤 （2分）Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O    (2分)
（2）CuS   (2分)
（3）将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，使转化为Fe（OH）₃沉淀 （2分）
（4）mAlCl₃+nH₂O=Al_m（OH）_nCl_3m-n+nHCl  (写“”得分)（1分）
（5）①2H⁺+2e^-=H₂↑ (2分)
②电解过程中反应室中的Cl^-通过阴离子交换膜进入阳极室，阴极室中的OH^-通过阴离子交换膜进入反应室，生成聚合氯化铝。（2分）

试题分析：（1）加入稀盐酸后，CuO、SiO₂不溶于稀盐酸的杂质可过滤出，所以操作I是过滤；氧化铝与稀盐酸反应的离子方程式为Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）根据硫化物的性质可知该黑色物质为CuS，因为硫化亚铁溶液稀盐酸中；
（3）加入次氯酸钠目的是把亚铁离子氧化成铁离子，转化为Fe（OH）₃沉淀除去；
（4）根据聚合氯化铝的化学式和质量守恒定律，氯化铝水解的化学方程式为
mAlCl₃+nH₂O=Al_m（OH）_nCl_3m-n+nHCl；
（5）①滤液3的主要成分是氯化铝，根据离子放电顺序，在阴极是阳离子放电，所以应为H⁺放电，电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑；
②反应室两侧均为阴离子交换膜，电解过程中反应室中的Cl^-通过阴离子交换膜进入阳极室，阴极室中OH^-浓度增大，通过阴离子交换膜进入反应室，生成聚合氯化铝。