Question

1．明礬石的主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，還含有雜質Fe₂O₃．利用明礬石來制取純凈的Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工藝流程如圖所示．

請回答下列問題：
（1）焙燒爐中發(fā)生反應的化學方程式為2Al₂（SO₄）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+6SO₂↑+3O₂↑，若生成102gAl₂O₃，轉移的電子數目為3.612×10²⁴或6N_A．
（2）生成沉淀I的離子方程式為AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，沉淀II的化學式為Fe（OH）₃．
（3）溶液經加硫酸調節(jié)pH后，過濾，洗滌，可得沉淀I，證明沉淀I已洗滌干凈的實驗操作和現象是取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無色白色沉淀生成，則已洗干凈．
（4）寫出Cl₂將沉淀Ⅱ氧化為K₂FeO₄的化學方程式：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH=2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O．
（5）從濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發(fā)結晶．
（6）K₂FeO₄也可以鐵為電極，通過電解濃的KOH溶液來制取，寫出電解法制取K₂FeO₄的陽極反應式：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 利用明礬石（主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，此外還含有少量Fe₂O₃雜質）制備Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工藝流程：明礬脫水后主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃，“焙燒”Al₂（SO₄）₃中+6價降低為SO₂中+4價，Al₂（SO₄）₃是氧化劑，硫單質為還原劑，發(fā)生2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+9SO₂，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鉀溶液反應生成偏鋁酸鉀，離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸調PH值，AlO₂^-轉化為Al（OH）₃，灼燒生成Al₂O₃，母液中離子主要有K⁺、SO₄^2-，含有溶質為K₂SO₄，濾渣為Fe₂O₃，加硫酸Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，X為Fe₂（SO₄）₃，加氫氧化鉀Fe₂（SO₄）₃+6KOH=2Fe（OH）₃↓+3K₂SO₄，通入氯氣：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，制得K₂FeO₄，
（1）所含元素化合價降低的反應物是氧化劑；反應中硫單質中硫元素化合價由0價升高為SO₂中+4價，硫單質為還原劑，計算生成102gAl₂O₃需要硫的物質的量，轉移電子是硫單質的4倍，再根據N=nN_A轉移電子數目；
（2）分析流程結合氧化鋁的性質可知，沉淀Ⅰ是Al（OH）₃，沉淀II是氫氧化鐵；
（3）沉淀Ⅰ是Al（OH）₃，證明沉淀Ⅰ已洗滌干凈的實驗操作是檢驗洗滌液中師傅漢語硫酸根離子設計實驗檢驗；
（4）從濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到晶體；
（5）從硫酸鉀溶液中得到硫酸鉀晶體的方法是蒸發(fā)結晶；
（6）電解時陽極發(fā)生反應生成FeO₄^2-，依據化合價的變化和電荷守恒書寫電極反應．

解答 解：利用明礬石（主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，此外還含有少量Fe₂O₃雜質）制備Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工藝流程：明礬脫水后主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃，“焙燒”Al₂（SO₄）₃中+6價降低為SO₂中+4價，Al₂（SO₄）₃是氧化劑，硫單質為還原劑，發(fā)生2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+9SO₂，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鉀溶液反應生成偏鋁酸鉀，離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸調PH值，AlO₂^-轉化為Al（OH）₃，灼燒生成Al₂O₃，母液中離子主要有K⁺、SO₄^2-，含有溶質為K₂SO₄，濾渣為Fe₂O₃，加硫酸Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，X為Fe₂（SO₄）₃，加氫氧化鉀Fe₂（SO₄）₃+6KOH=2Fe（OH）₃↓+3K₂SO₄，通入氯氣：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，制得K₂FeO₄，
（1）102gAl₂O₃的物質的量是1mol，即生成1molAl₂O₃時也生成3mol的二氧化硫，硫酸根離子中S元素的化合價為+6價，二氧化硫中的S元素的化合價為+4價，所以生成3mol的二氧化硫轉移電子的物質的量是6mol，即3.612×10²⁴或6N_A，故答案為：3.612×10²⁴或6N_A；
（2）沉淀I是氫氧化鋁沉淀，明礬石經過脫水、焙燒、與氫氧化鉀溶液反應后得到的溶液中含有偏鋁酸根離子，加入硫酸生成氫氧化鋁沉淀，離子方程式為AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，沉淀II與氯氣、氫氧化鉀溶液反應生成高鐵酸鉀，所以沉淀II的化學式為 Fe（OH）₃，
故答案為：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓；Fe（OH）₃；
（3）氫氧化鋁是偏鋁酸鉀溶液與硫酸溶液反應的產物，所以氫氧化鋁沉淀中可能含有硫酸根離子，證明沉淀是否洗滌干凈即證明洗滌液中是否含有硫酸根離子，證明方法是取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無色白色沉淀生成，則已洗干凈，
故答案為：取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無色白色沉淀生成，則已洗干凈；
（4）沉淀II與氯氣、氫氧化鉀溶液反應生成高鐵酸鉀，鐵元素化合價升高，氯元素的化合價降低成為氯離子，化學方程式為2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH=2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，
故答案為：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH=2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O；
（5）從硫酸鉀溶液中得到硫酸鉀晶體的方法是蒸發(fā)結晶，故答案為：蒸發(fā)結晶；
（6）以鐵為電極，電解濃的KOH溶液來制取K₂FeO₄，陽極發(fā)生氧化反應，K₂FeO₄中鐵元素的化合價為+6價，所以鐵失6個電子與氫氧根離子結合生成FeO₄^2-，電極反應式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

點評 本題以鋁、鐵的化合物為載體考查了物質間的反應、物質的分離和電解等知識點，明確物質之間的反應是解本題關鍵，這種綜合性較強的題型是高考熱點，須利用基礎知識細心分析解答，題目難度中等．