Question

以鋁灰（主要成分為Al、Al₂O₃，另有少量CuO、SiO₂、FeO和Fe₂O₃雜質）為原料，可制得液體聚合氯化鋁Al_m（OH）_nCl_3m-n，生產的部分過程如下圖所示（部分產物和操作已略去）。

已知某些硫化物的性質如下表：

（1）操作I是              。Al₂O₃與鹽酸反應的離子方程式是                              。
（2）濾渣2為黑色，該黑色物質的化學式是                           。
（3）向濾液2中加入NaClO溶液至不再產生紅褐色沉淀，此時溶液的pH約為3．7。NaClO的作用是                            。
（4）將濾液3的pH調至4．2～4．5，利用水解反應得到液體聚合氯化鋁。反應的化學方程式是                                。
（5）將濾液3電解也可以得到液體聚合氯化鋁。裝置如圖所示（陰離子交換膜只允許陰離子通過，電極為惰性電極）。

①寫出陰極室的電極反應：                                           。
②簡述在反應室中生成聚合氯他鋁的原理：                                        。

Answer 1

（1）過濾 （2分）Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O    (2分)
（2）CuS   (2分)
（3）將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，使轉化為Fe（OH）₃沉淀 （2分）
（4）mAlCl₃+nH₂O=Al_m（OH）_nCl_3m-n+nHCl  (寫“”得分)（1分）
（5）①2H⁺+2e^-=H₂↑ (2分)
②電解過程中反應室中的Cl^-通過陰離子交換膜進入陽極室，陰極室中的OH^-通過陰離子交換膜進入反應室，生成聚合氯化鋁。（2分）

試題分析：（1）加入稀鹽酸后，CuO、SiO₂不溶于稀鹽酸的雜質可過濾出，所以操作I是過濾；氧化鋁與稀鹽酸反應的離子方程式為Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（2）根據硫化物的性質可知該黑色物質為CuS，因為硫化亞鐵溶液稀鹽酸中；
（3）加入次氯酸鈉目的是把亞鐵離子氧化成鐵離子，轉化為Fe（OH）₃沉淀除去；
（4）根據聚合氯化鋁的化學式和質量守恒定律，氯化鋁水解的化學方程式為
mAlCl₃+nH₂O=Al_m（OH）_nCl_3m-n+nHCl；
（5）①濾液3的主要成分是氯化鋁，根據離子放電順序，在陰極是陽離子放電，所以應為H⁺放電，電極反應為2H⁺+2e^-=H₂↑；
②反應室兩側均為陰離子交換膜，電解過程中反應室中的Cl^-通過陰離子交換膜進入陽極室，陰極室中OH^-濃度增大，通過陰離子交換膜進入反應室，生成聚合氯化鋁。