Question

4．明礬石的主要成分為K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，此外還含有少量Fe₂O₃雜質(zhì)．某校研究小組利用明礬石制備氫氧化鋁的流程如下：

（1）“焙燒”過程中反應(yīng)的化學(xué)方程式為
□Al₂（SO₄）₃+□S=□Al₂O₃+□9SO₂↑．
（2）分離溶液和廢渣的操作是過濾，“溶解”時(shí)反應(yīng)的離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（3）“調(diào)節(jié)pH”時(shí)反應(yīng)的離子方程式為：H⁺+OH^-=H₂O、AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓．
（4）“母液”中可回收的物質(zhì)是K₂SO₄、Na₂SO₄．
（5）若“焙燒”過程中恰好消耗48g硫黃，則理論上最終可得到468 g氫氧化鋁．

Answer 1

分析 焙燒爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂，故生成爐氣中含二氧化硫，熟料中含氧化鋁、氧化鐵、硫酸鉀等，加入氫氧化鈉和水，氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應(yīng)，過濾，濾渣中含氧化鐵，濾液中含偏鋁酸鈉和硫酸鉀、氫氧化鈉等；用硫酸調(diào)節(jié)pH，得到氫氧化鋁沉淀和硫酸鈉、硫酸鉀，過濾得母液中含硫酸鉀、硫酸鈉溶質(zhì)．
（1）根據(jù)元素守恒和得失電子守恒，硫酸鋁和硫單質(zhì)發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)，氧化產(chǎn)物和含有產(chǎn)物為二氧化硫，可知焙燒爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂；
（2）分離溶液和廢渣的操作用過濾，氫氧化鈉與氧化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水；
（3）硫酸分別與氫氧化鈉、偏鋁酸鈉反應(yīng)；
（4）“母液”中含有硫酸鹽；
（5）依據(jù)化學(xué)方程式中定量關(guān)系確定明礬石的主要成分為K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O物質(zhì)的量，結(jié)合鋁元素守恒計(jì)算得到氫氧化鋁的理論值．

解答 解：根據(jù)元素守恒和得失電子守恒，硫酸鋁和硫單質(zhì)發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)，氧化產(chǎn)物和含有產(chǎn)物為二氧化硫，可知焙燒爐中發(fā)生反應(yīng)，故生成爐氣中含二氧化硫，熟料中含氧化鋁、氧化鐵、硫酸鉀等，加入氫氧化鈉和水，氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應(yīng)，過濾，濾渣中含氧化鐵，濾液中含偏鋁酸鈉和硫酸鉀、氫氧化鈉等；用硫酸調(diào)節(jié)pH，得到氫氧化鋁沉淀和硫酸鈉、硫酸鉀，過濾得母液中含硫酸鉀、硫酸鈉溶質(zhì)，
（1）硫酸鋁和硫單質(zhì)發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)，氧化產(chǎn)物和含有產(chǎn)物為二氧化硫，反應(yīng)中硫元素化合價(jià)由Al₂（SO₄）₃中S元素的+6價(jià)降低，單質(zhì)硫中S的化合價(jià)升高，令產(chǎn)物中S的化合價(jià)為+x價(jià)，根據(jù)得失電子守恒可知6（6-x）=3（x-0），則x=4，所以生成產(chǎn)物為SO₂，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂，
故答案為：2；3；2；9SO₂；
（2）分離溶液和廢渣的操作用過濾，氫氧化鈉與氧化鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：過濾；Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（3）調(diào)節(jié)pH生成沉淀，硫酸分別與氫氧化鈉、偏鋁酸鈉反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為H⁺+OH^-=H₂O、AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，
故答案為：H⁺+OH^-=H₂O、AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓；
（4）根據(jù)流程分析可知“母液”中含有硫酸鹽中含有K₂SO₄、Na₂SO₄，都可回收利用，
故答案為：K₂SO₄、Na₂SO₄；
（5）2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂，依據(jù)鋁元素守恒計(jì)算，若“焙燒”過程中恰好消耗48g硫黃物質(zhì)的量=$\frac{48g}{32g/mol}$=1.5mol，反應(yīng)的2Al₂（SO₄）₃物質(zhì)的量為1mol，K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O物質(zhì)的量為1mol，
K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O～6Al（OH）₃，
  1                           6×78
1mol                              m 
則理論上最終可得到m=468g
故答案為：468．

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)，把握制備流程中的反應(yīng)、混合物分離提純方法為解答的關(guān)鍵，注意離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)及離子檢驗(yàn)的綜合應(yīng)用，側(cè)重分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，題目難度中等．