Question

明礬石的主要成分是K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃?6H₂O，此外還含有少量Fe₂O₃雜質(zhì)．利用明礬石來制備Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工藝流程如下：

請回答下列問題：
（1）“焙燒”過程中反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S 

高溫  .

 2Al₂O₃+9SO₂，該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是

 

．若生成102g Al₂O₃，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為

 

．
（2）寫出化學(xué)式：沉淀Ⅰ是

 

，沉淀Ⅱ是

 

．
（3）熟料溶解時反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（4）溶液經(jīng)加硫酸調(diào)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(xiàn)象是

 

、

 

．
（5）寫出Cl₂將沉淀Ⅱ氧化為K₂FeO₄的化學(xué)方程式：

 

．
（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(yīng)式：

 

．
（7）“焙燒”過程中生成的SO₂可用于制H₂SO₄．已知25℃，101kPa時：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃ （g）△H₁=-197.0kJ?mol^-1
H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44.0kJ?mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ?mol^-1
則SO₃（g）和H₂O（l）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

 

．
（8）本工藝流程中可循環(huán)物質(zhì)為

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移數(shù)目計算,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),鎂、鋁的重要化合物,物質(zhì)的分離、提純和除雜

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電離平衡與溶液的pH專題

分析：（1）所含元素化合價降低的反應(yīng)物是氧化劑；反應(yīng)中硫單質(zhì)中硫元素化合價由0價升高為SO₂中+4價，硫單質(zhì)為還原劑，計算生成102gAl₂O₃需要硫的物質(zhì)的量，轉(zhuǎn)移電子是硫單質(zhì)的4倍，再根據(jù)N=nN_A轉(zhuǎn)移電子數(shù)目；
（2）分析流程結(jié)合氧化鋁的性質(zhì)可知，沉淀Ⅰ是Al（OH）₃；
（3）沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃；
（4）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(shè)計實驗檢驗；
（5）從濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體；
（6）電解時陽極發(fā)生反應(yīng)生成FeO₄^2-，依據(jù)化合價的變化和電荷守恒書寫電極反應(yīng)．

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(zhì)）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(zhì)為還原劑，發(fā)生2Al₂（SO₄）₃+3S

高溫  .

Al₂O₃+9SO₂，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鉀溶液反應(yīng)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(diào)PH值，AlO₂^-轉(zhuǎn)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(zhì)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）“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(zhì)為還原劑，發(fā)生2Al₂（SO₄）₃+3S

高溫  .

Al₂O₃+9SO₂，反應(yīng)中硫元素化合價由Al₂（SO₄）₃中+6價降低為SO₂中+4價，反應(yīng)中硫單質(zhì)中硫元素化合價由0價升高為SO₂中+4價，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是2：1；生成102gAl₂O₃的物質(zhì)的量為n=

m

M

=

102g

102g/mol

=1mol，需要硫的物質(zhì)的量為1mol×

3

2

=1.5mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1.5mol×4=6mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為N=nN_A=6mol×N_Amol^-1=6N_A，
故答案為：2Al₂（SO₄）₃+3S

高溫  .

Al₂O₃+9SO₂；6N_A；
（2）分析流程結(jié)合氧化鋁的性質(zhì)可知，鋁土礦中的氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不和氫氧化鈉溶液反應(yīng)過濾得到濾渣為氧化鐵，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鉀溶液反應(yīng)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(diào)PH值，AlO₂^-轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，沉淀Ⅰ是Al（OH）₃，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓；
故答案為：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓；
（3）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，沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃；
故答案為：Fe（OH）₃；
（4）溶液經(jīng)加硫酸調(diào)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(xiàn)象是：取最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成，則已將沉淀洗干凈；
故答案為：取最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成，則已將沉淀洗干凈；
（5）從濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體，故答案為：蒸發(fā)結(jié)晶；
（6）陽極是鐵失電子在堿性溶液中發(fā)生氧化反應(yīng)生成FeO₄^2-；電極反應(yīng)為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

（2）Al（OH）₃（1分）Fe（OH）₃（1分）
（3）Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O（2分）
（4）取最后一次洗滌的濾液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成則已洗滌干凈．2分）
（5）2Fe（OH）₃+3Cl₂+10 KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O（2分）
（6）Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O  （2分）
（7）SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄ （l）△H₃=-130 kJ?mol^-1（2分）
（8）H₂SO₄（1分）

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