Question

以明礬石[主要成分為K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2A1₂O₃?6H₂O]為原料生產(chǎn)硫酸鋁晶體[Al₂（SO₄）₃?18H₂O]和明礬[KAl（SO₄）₂?12H₂O]的實驗流程如圖所示：

兩種不同形態(tài)的氧化鋁的部分性質(zhì)如表：

物質(zhì)	α-Al2O3	γ-Al2O3
性質(zhì)	不溶于水和酸	不溶于水，溶于強酸或強堿，加熱至1200℃可轉(zhuǎn)化為α-Al2O3

Al₂（SO₄）₃、明礬在不同溫度下的溶解度如表：

溫度/℃ 溶解度/g	0	20	40	60	80	100
Al2（SO4）3	31.2	36.4	46.1	59.2	73.0	89.0
明礬	3.0	5.9	11.7	25	71	154

（1）“焙燒”溫度過高，會導(dǎo)致硫酸鋁晶體產(chǎn)量降低，其原因是

 

．
（2）從“母液”制備硫酸鋁晶體的實驗步驟為：①

 

；②

 

；③過濾、洗滌、干燥．
（3）測定硫酸鋁晶體樣品中Al₂（SO₄）₃?18H₂O質(zhì)量分數(shù)的實驗步驟為（EDTA分別能與Al³⁺或Pb²⁺以物質(zhì)的量之比1：1進行反應(yīng)）：
步驟1：準(zhǔn)確稱取硫酸鋁晶體樣品mg，溶于25mL水中．
步驟2：加入c₁mol?L^-1 EDTA溶液V₁mL（過量），煮沸、冷卻，稀釋至100mL．
步驟3：取25.00mL上述稀釋液，滴加指示劑，用c₂mol?L^-1 Pb（NO₃）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過量的EDTA溶液，達到終點時消耗V₂mL Pb（NO₃）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液．
①步驟2中“稀釋至100mL”時，需要用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、量筒、

 

．
②根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算，該樣品中Al₂（SO₄）₃?18H₂O的質(zhì)量分數(shù)為

 

．（用含字母的代數(shù)式表示）．
（4）鋁的陽極氧化法是把鋁作為陽極，置于硫酸等電解液中，施加陽極電壓進行電解，在鋁的表面形成一層致密的氧化膜．
①電解過程中陽極的電極反應(yīng)為

 

．
②取少量廢電解液，加入NaHCO₃溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，產(chǎn)生沉淀的原因是

 

．（用離子方程式表示）

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,電解原理,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）溫度過高導(dǎo)致γ-A1₂O₃轉(zhuǎn)化為難溶于硫酸的α-Al₂O₃；
（2）根據(jù)從溶液中制取晶體的步驟來分析；
（3）①根據(jù)儀器的作用選取儀器；
②根據(jù)硝酸鉛的物質(zhì)的量計算參加反應(yīng)的EDTA的物質(zhì)的量，再根據(jù)剩余EDTA的物質(zhì)的量計算參加反應(yīng)的鋁離子的物質(zhì)的量，根據(jù)質(zhì)量分數(shù)公式計算其質(zhì)量分數(shù)；
（4）①鋁的陽極氧化法是把鋁作為陽極，Al失電子生成氧化鋁；
②鋁離子與HCO₃^-發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳．

解答： 解：（1）加熱至1200℃γ-A1₂O₃可轉(zhuǎn)化為α-Al₂O₃，γ-A1₂O₃不溶于水和酸，則“焙燒”溫度過高，γ-A1₂O₃轉(zhuǎn)化為難溶于硫酸的α-Al₂O₃，會導(dǎo)致硫酸鋁晶體產(chǎn)量降低，
故答案為：γ-A1₂O₃轉(zhuǎn)化為難溶于硫酸的α-Al₂O₃；
（2）從溶液中制取硫酸鋁晶體時要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮溶液、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（3）①配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液時，用100mL容量瓶配制溶液，用膠頭滴管定容，故答案為：100 mL容量瓶、膠頭滴管；
②硝酸鉛和EDTA反應(yīng)時需要EDTA的物質(zhì)的量=10^-3C₂V₂mol，那么100mL溶液中EDTA的物質(zhì)的量=4×10^-3C₂V₂mol，則和鋁離子反應(yīng)的EDTA的物質(zhì)的量=10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol，EDTA和鋁離子以1：1反應(yīng)，所以鋁離子的物質(zhì)的量=10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol，Al₂（SO₄）₃?18H₂O的物質(zhì)的量=0.5×（10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol），Al₂（SO₄）₃?18H₂O的質(zhì)量=0.5×（10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol）×666g/mol=333（10^-3C₁V₁-4×10^-3C₂V₂）g，
其質(zhì)量分數(shù)=

333(C1V1-4C2V2)

1000m

×100%，
故答案為：

333(C1V1-4C2V2)

1000m

×100%；
（4）①鋁的陽極氧化法是把鋁作為陽極，Al失電子生成氧化鋁，則陽極的電極反應(yīng)式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；
故答案為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；
②鋁離子與HCO₃^-發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為Al³⁺+3HCO₃^-═Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案為：Al³⁺+3HCO₃^-═Al（OH）₃↓+3CO₂↑．

點評：本題以鋁的化合物為載體考查了物質(zhì)間的反應(yīng)、物質(zhì)的分離和提純、滴定原理的應(yīng)用、電解原理的應(yīng)用等知識點，明確物質(zhì)之間的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，再結(jié)合原子守恒來分析解答，題目綜合性較強，注意利用基礎(chǔ)知識細心分析解答，難度中等．