Question

3．KAl（SO₄）₂•12H₂O（明礬）是一種復(fù)鹽，在造紙等方面應(yīng)用廣泛．實驗室中，采用廢易拉罐（主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質(zhì)）制備明礬的過程如圖所示．回答下列問題：
易拉罐$→_{微熱、過濾}^{試劑①}$濾液A$\stackrel{NH_{4}HCO_{3}}{→}$沉淀B$→_{K_{2}SO_{4}}^{稀H_{2}SO_{4}}$產(chǎn)物
（1）為盡量少引入雜質(zhì)，試劑①應(yīng)選用d（填標號）．
A．HCl溶液    B．H₂SO₄溶液  C．氨水    D．NaOH溶液
（2）易拉罐溶解過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑．
（3）沉淀B的化學(xué)式為Al（OH）₃；將少量明礬溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是Al³⁺水解，使溶液中H⁺濃度增大．
（4）已知：K_w=1.0×10^-14，Al（OH）₃?AlO₂^-+H⁺+H₂O    K=2.0×10^-13．Al（OH）₃溶于NaOH溶液反應(yīng)的平衡常數(shù)等于20．

Answer 1

分析 易拉罐的主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質(zhì)，可選擇濃NaOH溶解，得到偏鋁酸鈉溶液，并通過過濾除去Fe、Mg等雜質(zhì)，濾液中加入NH₄HCO₃溶液后，促進AlO₂^-水解生成Al（OH）₃沉淀，過濾后將沉淀溶解在稀硫酸中，得到硫酸鋁溶液，添加K₂SO₄溶液后蒸發(fā)濃縮并冷卻結(jié)晶得到晶體明礬；
（1）鋁是兩性金屬能與強酸、強堿反應(yīng)，而Mg、Fe只能溶解于酸，據(jù)此選擇試劑；
（2）用NaOH溶液溶解Al生成偏鋁酸鈉及氫氣，據(jù)此寫出反應(yīng)化學(xué)方程式；
（3）濾液中加入NH₄HCO₃溶液后，促進AlO₂^-水解生成Al（OH）₃沉淀；Al³⁺水解使明礬溶液顯酸性；
（4）Al（OH）₃沉淀溶解在NaOH溶液里發(fā)生的反應(yīng)為Al（OH）₃+OH^-?AlO₂^-+2H₂O，結(jié)合水的離子積和氫氧化鋁的電離平衡常數(shù)計算此反應(yīng)的平衡常數(shù)．

解答 解：易拉罐的主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質(zhì)，可選擇濃NaOH溶解，得到偏鋁酸鈉溶液，并通過過濾除去Fe、Mg等雜質(zhì)，濾液中加入NH₄HCO₃溶液后，促進AlO₂^-水解生成Al（OH）₃沉淀，過濾后將沉淀溶解在稀硫酸中，得到硫酸鋁溶液，添加K₂SO₄溶液后蒸發(fā)濃縮并冷卻結(jié)晶得到晶體明礬；
（1）根據(jù)鋁能溶解在強酸和強堿性溶液，而鐵和鎂只能溶解在強酸性溶液中的性質(zhì)差異，可選擇NaOH溶液溶解易拉罐，可除去含有的鐵、鎂等雜質(zhì)，
故答案為：d；
（2）鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
（3）濾液中加入NH₄HCO₃溶液后，電離出的NH₄⁺和HCO₃^-均能促進AlO₂^-水解，反應(yīng)式為NH₄⁺+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+NH₃•H₂O，生成Al（OH）₃沉淀；因Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，則明礬水溶液顯酸性；
故答案為：Al（OH）₃；Al³⁺水解，使溶液中H⁺濃度增大；
（4）Al（OH）₃?AlO₂^-+H⁺+H₂O①H2O?H⁺+OH^-②，①-②可得Al（OH）₃+OH^-?AlO₂^-+2H₂O，則Al（OH）₃溶于NaOH溶液反應(yīng)的平衡常數(shù)=K÷K_w=$\frac{2.0×1{0}^{-13}}{1.0×1{0}^{-14}}$=20．
故答案為：20．

點評 本題以鋁制備明礬為載體，考查物質(zhì)的制備與設(shè)計、以及分離提純實驗操作，涉及反應(yīng)原理的探究及溶解平衡與水電離平衡常數(shù)的應(yīng)用、鹽類水解等，屬基礎(chǔ)知識綜合應(yīng)用的考查，題目難度中等，易錯點為（4）平衡常數(shù)的計算．