Question

16．鎂鋁合金在交通、航空、電子等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用．某化學(xué)興趣小組試對鎂鋁合金廢料進(jìn)行回收利用，實(shí)驗(yàn)中可將鋁轉(zhuǎn)化為硫酸鋁晶體，并對硫酸鋁晶體進(jìn)行熱重分析．鎂鋁合金廢料轉(zhuǎn)化為硫酸鋁晶體實(shí)驗(yàn)流程如圖1：

試回答下列問題：
（1）在鎂鋁合金中加入NaOH溶液，寫出反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，固體B的化學(xué)式Al（OH）₃．
（2）操作Ⅱ包含的實(shí)驗(yàn)步驟有：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．
（3）操作Ⅱ中常用無水乙醇對晶體進(jìn)行洗滌，選用無水乙醇的原因是可以減少晶體的溶解，有利于晶體的干燥．
（4）若初始時(shí)稱取的鎂鋁合金廢料的質(zhì)量為9.00g，得到固體A的質(zhì)量為4.95g，硫酸鋁晶體的質(zhì)量為49.95g（假設(shè)每一步的轉(zhuǎn)化率均為100%，合金廢料中不含溶于堿的雜質(zhì)）．計(jì)算得硫酸鋁晶體的化學(xué)式為Al₂（SO₄）₃.18H₂O．
（5）取上述硫酸鋁晶體進(jìn)行熱重分析，其熱分解主要分為三個(gè)階段：323K-523K，553K-687K，1043K以上不再失重，其熱分解的TG曲線見圖2，已知：失重%=$\frac{加熱減少的質(zhì)量}{原晶體樣品的總質(zhì)量}$×100%．根據(jù)圖示數(shù)據(jù)計(jì)算確定每步分解的產(chǎn)物，寫出第一階段分解產(chǎn)物的化學(xué)式Al₂（SO₄）₃.3H₂O，第三階段反應(yīng)化學(xué)方程式Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3SO₃↑．

Answer 1

分析 向鎂鋁合金中加入足量氫氧化鈉溶液，發(fā)生反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，鎂不反應(yīng)，固體A為Mg，采用過濾的方法進(jìn)行分離，向?yàn)V液中通入二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)：NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃，再通過過量進(jìn)行分離，固體B為氫氧化鋁，氫氧化鋁與硫酸反應(yīng)得到硫酸鋁溶液，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、洗滌、干燥得到硫酸鋁晶體；
（1）Al和氫氧化鈉溶液生成可溶性的偏鋁酸鈉，鎂不反應(yīng)；
（2）從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作；
（3）用乙醇洗滌，可以減少晶體的溶解，有利于晶體的干燥；
（4）Al的質(zhì)量為9g-4.95g=4.05g，設(shè)硫酸鋁晶體化學(xué)式為：Al₂（SO₄）₃．nH₂O，根據(jù)Al元素守恒計(jì)算硫酸鋁晶體的物質(zhì)的量，再計(jì)算硫酸鋁晶體的相對分子質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算n的值，確定化學(xué)式；
（5）根據(jù)（4）中計(jì)算可知，晶體中結(jié)晶水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，低溫加熱，首先失去結(jié)晶水，高溫下，最終硫酸鋁分解，根據(jù)失重%計(jì)算判斷各階段分解產(chǎn)物，再書寫化學(xué)方程式．

解答 解：向鎂鋁合金中加入足量氫氧化鈉溶液，發(fā)生反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，鎂不反應(yīng)，固體A為Mg，采用過濾的方法進(jìn)行分離，向?yàn)V液中通入二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)：NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃，再通過過量進(jìn)行分離，固體B為氫氧化鋁，氫氧化鋁與硫酸反應(yīng)得到硫酸鋁溶液，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、洗滌、干燥得到硫酸鋁晶體；
（1）Al和氫氧化鈉溶液生成可溶性的偏鋁酸鈉與氫氣，鎂不反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，由上述分析可知，固體B為Al（OH）₃，
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；Al（OH）₃；
（2）從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作，
故答案為：冷卻結(jié)晶、過濾；
（3）用乙醇洗滌，可以減少晶體的溶解，有利于晶體的干燥，
故答案為：可以減少晶體的溶解，有利于晶體的干燥；
（4）Al的質(zhì)量為9g-4.95g=4.05g，其物質(zhì)的量為$\frac{4.05g}{27g/mol}$=0.15mol，設(shè)硫酸鋁晶體化學(xué)式為：Al₂（SO₄）₃．nH₂O，根據(jù)Al元素守恒，硫酸鋁晶體的物質(zhì)的量為$\frac{0.15mol}{2}$=0.075mol，故硫酸鋁晶體的相對分子質(zhì)量為$\frac{49.95}{0.075}$=666，則54+96×3+18n=666，解得n=18，故該硫酸鋁晶體的化學(xué)式為：Al₂（SO₄）₃.18H₂O，
故答案為：Al₂（SO₄）₃.18H₂O；
（5）晶體中結(jié)晶水的含量為$\frac{18×18}{666}$=48.65%，故第二階段完全失去結(jié)晶水，得到物質(zhì)為Al₂（SO₄）₃，第一階段失去部分結(jié)晶水，失去結(jié)晶水?dāng)?shù)目為$\frac{666×40.54%}{18}$=15，故第一階段得到的物質(zhì)為Al₂（SO₄）₃.3H₂O，
第三階段剩余物質(zhì)的相對分子質(zhì)量為666×（1-84.68%）=102，應(yīng)是Al₂O₃，故硫酸鋁反應(yīng)生成氧化鋁與三氧化硫，反應(yīng)方程式為：Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3SO₃↑，
故答案為：Al₂（SO₄）₃.3H₂O；Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3SO₃↑．

點(diǎn)評 本題考查實(shí)驗(yàn)制備方案、物質(zhì)分離提純、方案分析評價(jià)、物質(zhì)組成測定等，是對學(xué)生綜合能力的考查，注意（5）中充分利用硫酸鋁晶體相對分子質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算解答，難度中等．