Question

20．NH₄Al（SO₄）₂是食品加工中最為快捷的食品添加劑，用于焙烤食品，工業(yè)上常用鋁土礦（主要成分為Al₂O₃和少量的 SiO₂、Fe₂O₃雜質(zhì)）生產(chǎn)銨明礬晶體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，其工藝流程圖如下：

（1）廢渣a、b 的成分分別是：二氧化硅、氫氧化鐵．（寫(xiě)名稱(chēng)）
（2）流程圖中X的化學(xué)式為：H₂SO₄．
（3）反應(yīng)Ⅲ的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的操作依次為（填操作名稱(chēng)）蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌．
（4）過(guò)硫酸銨[（NH₄）₂S₂O₈]在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的用途，可以作為氧化劑和漂白劑，廣泛地用于蓄電池工業(yè)；還用作聚合的引發(fā)劑、纖維工業(yè)的脫漿劑．在上述的工藝流程中用惰性電極電解X與反應(yīng)Ⅵ所得物質(zhì)的混合溶液可以得到過(guò)硫酸銨．寫(xiě)出陽(yáng)極反應(yīng)式：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-．
（5）反應(yīng)Ⅶ的化學(xué)方程式為：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂；NH₄HSO₄溶液中離子濃度由大到小順序?yàn)椋篶（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）_．
（6）向硫酸鋁銨溶液中逐滴加入氫氧化鋇溶液，不可能發(fā)生的反應(yīng)是B（填選項(xiàng)字母）
A．4NH₄Al（SO₄）₂+3Ba（OH）₂=2（NH₄）₂SO₄+3BaSO₄↓+Al₂ （SO₄）₃+2Al（OH）₃↓
B．2NH₄Al（SO₄）₂+4Ba（OH）₂=（NH₄）₂SO₄+3BaSO₄↓+Ba（AlO₂）₂
C．2NH₄Al（SO₄）₂+3Ba（OH）₂=（NH₄）₂SO₄+3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓
D．NH₄Al（SO₄）₂+2Ba（OH）₂=NH₃•H₂O+2BaSO₄↓+Al（OH）₃↓

Answer 1

分析 鋁土礦（主要成分為Al₂O₃和少量的 SiO₂、Fe₂O₃雜質(zhì)）鋁土礦的主要成分是氧化鋁，根據(jù)題中流程圖可知，在反應(yīng)Ⅲ中通入二氧化碳，而流程最后要得到硫酸鹽，所以為了除去雜質(zhì)，先在鋁土礦中加入過(guò)量的稀硫酸，得廢渣a為SiO₂，濾液中含有Al³⁺、Fe³⁺，所以X為稀硫酸，再加過(guò)量的氫氧化鈉溶液，生成偏鋁酸鈉溶液和氫氧化鐵沉淀，所以廢渣b為氫氧化鐵，Y為氫氧化鈉，反應(yīng)Ⅲ為偏鋁酸鈉溶液與過(guò)量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和廢液，反應(yīng)Ⅳ為氫氧化鋁中加上硫酸可以制得Al₂（SO₄）₃，反應(yīng)Ⅵ中氨氣與硫酸反應(yīng)生成（NH₄）₂SO₄，反應(yīng)Ⅴ中（NH₄）₂SO₄轉(zhuǎn)化為銨明礬，電解硫酸和硫酸銨的混合溶液，在陰極上得氫氣，陽(yáng)極上得（NH₄）₂S₂O₈，反應(yīng)ⅤⅡ?yàn)椋∟H₄）₂S₂O₈與水反應(yīng)生成雙氧水和NH₄HSO₄，以此來(lái)解答．

解答 解：鋁土礦（主要成分為Al₂O₃和少量的 SiO₂、Fe₂O₃雜質(zhì)）鋁土礦的主要成分是氧化鋁，根據(jù)題中流程圖可知，在反應(yīng)Ⅲ中通入二氧化碳，而流程最后要得到硫酸鹽，所以為了除去雜質(zhì)，先在鋁土礦中加入過(guò)量的稀硫酸，得廢渣a為SiO₂，濾液中含有Al³⁺、Fe³⁺，所以X為稀硫酸，再加過(guò)量的氫氧化鈉溶液，生成偏鋁酸鈉溶液和氫氧化鐵沉淀，所以廢渣b為氫氧化鐵，Y為氫氧化鈉，反應(yīng)Ⅲ為偏鋁酸鈉溶液與過(guò)量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和廢液，反應(yīng)Ⅳ為氫氧化鋁中加上硫酸可以制得Al₂（SO₄）₃，反應(yīng)Ⅵ中氨氣與硫酸反應(yīng)生成（NH₄）₂SO₄，反應(yīng)Ⅴ中（NH₄）₂SO₄轉(zhuǎn)化為銨明礬，電解硫酸和硫酸銨的混合溶液，在陰極上得氫氣，陽(yáng)極上得（NH₄）₂S₂O₈，反應(yīng)ⅤⅡ?yàn)椋∟H₄）₂S₂O₈與水反應(yīng)生成雙氧水和NH₄HSO₄，
（1）由上述分析可知，廢渣a為SiO₂，名稱(chēng)為二氧化硅，廢渣b為氫氧化鐵，
故答案為：二氧化硅；氫氧化鐵；
（2）根據(jù)上面的分析可知，流程圖中X為稀硫酸，X的化學(xué)式為H₂SO₄，
故答案為：H₂SO₄；
（3）反應(yīng)Ⅲ為偏鋁酸鈉溶液與過(guò)量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，反應(yīng)Ⅲ的離子方程式為 AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，銨明礬晶體中有結(jié)晶水，溫度過(guò)高會(huì)使結(jié)晶水失去，所以從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的操作依次為 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌，
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；蒸發(fā)濃縮；
（4）根據(jù)電解原理陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₄²?失電子生成S₂O₈^2-，電極方程式為2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，
故答案為：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-；
（5）根據(jù)元素守恒和題中信息可知，反應(yīng)Ⅶ的化學(xué)方程式為（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂，NH₄HSO₄溶液中電離出SO₄^2-、H⁺、NH₄⁺，其中銨根離子水解生成氫離子，所以溶液中離子濃度由大到小順序?yàn)閏（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-），
故答案為：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂；c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）；
（6）設(shè)NH₄Al（SO₄）₂為2mol，逐滴加入氫氧化鋇溶液，則；
A．如Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，則需要5molBa（OH）₂，此時(shí)發(fā)生2NH₄Al（SO₄）₂+5Ba（OH）₂=2NH₃•H₂O+4BaSO₄↓+Ba（AlO₂）₂+4H₂O，則n（NH₄Al（SO₄）₂）：n（Ba（OH）₂）＜2時(shí)，生成產(chǎn)物為（NH₄）₂SO₄、BaSO₄↓、Al（OH）₃，可能含有Al₂（SO₄）₃，故A不選；
B．n（NH₄Al（SO₄）₂）：n（Ba（OH）₂）=2時(shí)，生成產(chǎn)物為NH₃•H₂O、BaSO₄和Al（OH）₃，故B選；
C．設(shè)NH₄Al（SO₄）₂為2mol，溶液中含有2molNH₄⁺、2molAl³⁺、4molSO₄^2-，Al³⁺完全沉淀時(shí)，需要3molBa（OH）₂，此時(shí)發(fā)生2NH₄Al（SO₄）₂+3Ba（OH）₂=（NH₄）₂SO₄+3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓，故C不選；
D．如SO₄^2-完全反應(yīng)，則需要4molBa（OH）₂，此時(shí)發(fā)生NH₄Al（SO₄）₂+2Ba（OH）₂=NH₃•H₂O+2BaSO₄↓+Al（OH）₃↓，故D不選；
故選B．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查化學(xué)流程的分析、基本操作、電解原理、離子濃度比較、化學(xué)反應(yīng)的判斷，把握工藝流程及發(fā)生的反應(yīng)、混合物分離提純等為解答的關(guān)鍵，題目難度中等，需要學(xué)生具備閱讀獲取信息能力、綜合運(yùn)用知識(shí)、信息分析問(wèn)題解決問(wèn)題能力．