Question

17．納米氧化鋁在陶瓷、電子、生物醫(yī)藥等方面有廣泛的用途，它可通過硫酸鋁銨晶體熱分解得到[已知：硫酸鋁銨晶體的化學(xué)式為Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O，相對分子質(zhì)量為906]．制備硫酸鋁銨晶體的實驗流程如下：

（1）H₂O₂氧化FeSO₄的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2 Fe³⁺+2H₂O．
（2）加入氨水的目的是沉淀雜質(zhì)Fe³⁺，其化學(xué)反應(yīng)方程式為Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O═2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄．
（3）若要保證產(chǎn)品的純度，必須檢驗加入氨水后雜質(zhì)是否除盡．其實驗操作是：用試管取少量濾液，加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則說明雜質(zhì)已除凈．
（4）上述流程中，“分離”所包含的操作依次為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；請完成硫酸鋁銨晶體高溫分解的化學(xué)方程式：2Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O═2Al₂O₃+4NH₃↑+8SO₃↑+50H₂O．
（5）取4.53g 硫酸鋁銨晶體加熱分解，最終剩余0.51g Al₂O₃固體．加熱過程中，固體質(zhì)量隨溫度的變化如圖2所示．請計算確定400℃時（硫酸銨未分解）剩余固體成分的化學(xué)式為（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O（H：1  N：14O：16  Al：27  S：32）

Answer 1

分析 由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃過濾除去，過濾后濾液主要含硫酸銨，氫氧化鋁與硫酸混合反應(yīng)生成硫酸鋁溶液，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、過濾、洗滌、干燥等操作，最終得到硫酸鋁銨晶體．
（1）加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（2）加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃；
（3）過濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液檢驗是否含有Fe³⁺；
（4）流程中“分離”是從溶液中獲得晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等；
反應(yīng)中各元素化合價未變，沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)原子守恒配平，可知缺項物質(zhì)為水；
（5）4.53g硫酸鋁銨晶體的物質(zhì)的量為$\frac{4.53g}{453g/mol}$=0.01mol，4.53g硫酸鋁銨晶體中水的質(zhì)量為0.01mol×12×18g/mol=2.16g，加熱400℃時固體質(zhì)量減少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g，故未完全失去結(jié)晶水，計算晶體中剩余結(jié)晶水的質(zhì)量，進而計算剩余固體中n[（NH₄）Al（SO₄）₂]：n（H₂O），據(jù)此書寫化學(xué)式．

解答 解：由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃過濾除去，過濾后濾液主要含硫酸銨，氫氧化鋁與硫酸混合反應(yīng)生成硫酸鋁溶液，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、過濾、洗滌、干燥等操作，最終得到硫酸鋁銨晶體．
（1）加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應(yīng)離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2 Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2 Fe³⁺+2H₂O；
（2）加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，反應(yīng)方程式為：Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O═2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄
故答案為：沉淀雜質(zhì)Fe³⁺；Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O═2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄；
（3）過濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，取少許濾液于試管中，加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質(zhì)已除盡．
故答案為：加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色；
（4）流程中“分離”是從溶液中獲得晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等，
反應(yīng)中各元素化合價未變，沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)原子守恒，可知缺項物質(zhì)為水，配平后反應(yīng)方程式為：2Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O═2Al₂O₃+4NH₃↑+8SO₃↑+50H₂O，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；2、4、8、50H₂O；
（5）4.53g硫酸鋁銨晶體的物質(zhì)的量為$\frac{4.53g}{453g/mol}$=0.01mol，
4.53g硫酸鋁銨晶體中水的質(zhì)量為0.01mol×12×18g/mol=2.16g，
加熱400℃時固體質(zhì)量減少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g
剩余固體中結(jié)晶水的物質(zhì)的量為$\frac{2.16g-2.07g}{18g/mol}$=0.005mol．
剩余固體中n[（NH₄）Al（SO₄）₂]：n（H₂O）=0.01mol：0.005mol=2：1，
故400℃時剩余固體成分的化學(xué)式為（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O，
故答案為：（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O．

點評 本題屬于物質(zhì)制備工藝流程題目，考查鎂鋁及其化合物的性質(zhì)、對工藝流程理解、常用化學(xué)用語、鹽類水解、物質(zhì)的分離提純與離子檢驗、化學(xué)計算等，綜合性較大，難度較高，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與運用知識分析解決問題的能力．