Question

6．某研究小組利用含少量Fe²⁺的硫酸銨酸性廢液制取銨明礬[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]的流程如下：

（1）H₂O₂的電子式為．
（2）濾渣的主要成分為Fe（OH）₃（填寫(xiě)化學(xué)式）．
（3）“除雜”過(guò)程中加入雙氧水的目的是（用離子方程式回答）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）“結(jié)晶”操作中，母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮至溶液表面剛出現(xiàn)薄層晶體即停止加熱，然后冷卻結(jié)晶，得到銨明礬晶體（含結(jié)晶水），母液不能蒸干的原因是防止晶體失去結(jié)晶水．
（5）固體銨明礬加熱過(guò)程中，固體殘留率（固體殘留率=$\frac{剩余固體的質(zhì)量}{原來(lái)固體的質(zhì)量}$×100%）隨溫度的變化如圖所示．

①取A物質(zhì)溶于水配成溶液，加入過(guò)量NaOH溶液充分混合，加熱，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O．
②B物質(zhì)的化學(xué)式為Al₂（SO₄）₃．
③若將B物質(zhì)加熱至975℃灼燒，得到的主要產(chǎn)物為C和一種氧化性氣體，取等量C分別與足量的NaOH溶液和稀硫酸反應(yīng)，消耗NaOH和硫酸的物質(zhì)的量之比為2：3．

Answer 1

分析 由工藝流程可知，加入H₂O₂將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至8，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾后濾渣為Fe（OH）₃，濾液主要含硫酸銨，再將硫酸銨和硫酸鋁溶液混合反應(yīng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等最終得到硫酸鋁銨晶體；
（1）過(guò)氧化氫中H、O原子之間存在一對(duì)共用電子對(duì)，O原子之間也存在一對(duì)共用電子對(duì)；
（2）pH=8時(shí)鐵離子能轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃；
（3）雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子；
（4）NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O不穩(wěn)定，受熱易失水；
（5）①NH₄⁺、Al³⁺和OH^-反應(yīng)分別生成NH₃、AlO₂^-、和H₂O；
②如果晶體完全失去水，固體殘留率=$\frac{237}{453}$×100%≈52%，則A點(diǎn)物質(zhì)為NH₄Al（SO₄）₂；
當(dāng)溫度繼續(xù)升高，硫酸鋁銨中的硫酸銨開(kāi)始分解生成氨氣和三氧化硫，硫酸銨完全分解時(shí)，剩余物為硫酸鋁，剩余固體與原始固體的質(zhì)量百分比是：$\frac{171}{453}$×100%≈37.75%；當(dāng)比值大于37.75%時(shí)，硫酸銨沒(méi)有完全分解，當(dāng)?shù)扔谶@個(gè)比值，說(shuō)明硫酸銨恰好分解完全，小于這個(gè)比值，硫酸鋁開(kāi)始分解；
③硫酸鋁分解生成C和一種氧化性氣體，C物質(zhì)應(yīng)該具有還原性，C能溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，結(jié)合硫酸鋁中元素知，C是Al，由反應(yīng)方程式計(jì)算．

解答 解：由工藝流程可知，加入H₂O₂將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至8，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾后濾渣為Fe（OH）₃，濾液主要含硫酸銨，再將硫酸銨和硫酸鋁溶液混合反應(yīng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等最終得到硫酸鋁銨晶體；
（1）過(guò)氧化氫中H、O原子之間存在一對(duì)共用電子對(duì)，O原子之間也存在一對(duì)共用電子對(duì)，電子式為，故答案為：；
（2）pH=8時(shí)鐵離子能轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，所以濾渣成分為Fe（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃；
（3）雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子，離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O不穩(wěn)定，受熱易失水而不能實(shí)現(xiàn)目的，所以不能將溶液蒸干，
故答案為：防止晶體失去結(jié)晶水；
（5）①NH₄⁺、Al³⁺和OH^-反應(yīng)分別生成NH₃、AlO₂^-、和H₂O，離子方程式為NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O，故答案為：NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O；
②如果晶體完全失去水，固體殘留率=$\frac{237}{453}$×100%≈52%，則A點(diǎn)物質(zhì)為NH₄Al（SO₄）₂；
當(dāng)溫度繼續(xù)升高，硫酸鋁銨中的硫酸銨開(kāi)始分解生成氨氣和三氧化硫，硫酸銨完全分解時(shí)，剩余物為硫酸鋁，剩余固體與原始固體的質(zhì)量百分比是：$\frac{171}{453}$×100%≈37.75%；當(dāng)比值大于37.75%時(shí)，硫酸銨沒(méi)有完全分解，當(dāng)?shù)扔谶@個(gè)比值，說(shuō)明硫酸銨恰好分解完全，小于這個(gè)比值，硫酸鋁開(kāi)始分解，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)知，固體殘留物成分是Al₂（SO₄）₃，故答案為：Al₂（SO₄）₃；
③硫酸鋁分解生成C和一種氧化性氣體，C物質(zhì)應(yīng)該具有還原性，C能溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，結(jié)合硫酸鋁中元素知，C是Al，Al和NaOH溶液、稀硫酸反應(yīng)方程式分別為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、
2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂↑，根據(jù)方程式知，相同物質(zhì)的量的Al分別與NaOH、硫酸反應(yīng)物質(zhì)的量之比=2：3，故答案為：2：3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，涉及元素化合物之間轉(zhuǎn)化、物質(zhì)分離提純、未知物成分確定等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及知識(shí)綜合應(yīng)用能力，難點(diǎn)是（5）題解答，注意銨明礬受熱時(shí)反應(yīng)先后順序，題目難點(diǎn)中等．