Question

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的工藝流程如圖甲：

（1）“焙燒”過程中反應的化學方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S

高溫  .

 2Al₂O₃+9SO₂，該反應中若生成102g Al₂O₃，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為

 

（用N_A表示阿伏伽德羅常數(shù)）．
（2）寫出化學式：沉淀Ⅰ是

 

，沉淀Ⅱ是

 

．
（3）熟料溶解時反應的離子方程式為

 

．
（4）寫出Cl₂將沉淀Ⅱ氧化為K₂FeO₄的化學方程式：

 

．
（5）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：

 

．
（6）該流程的廢氣中含有SO₂，可利用圖乙所示電解裝置吸收SO₂．寫出裝置內(nèi)所發(fā)生反應的離子方程式

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用,制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）所含元素化合價降低的反應物是氧化劑；反應中硫單質(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；沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃；
（3）由工藝流程可知，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉；
（4）沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，氯氣將+3價的鐵氧化成+6價，自身被還原成-1價，據(jù)此書寫化學反應方程式；
（5）電解時陽極發(fā)生反應生成FeO₄^2-，依據(jù)化合價的變化和電荷守恒書寫電極反應；
（6）電解時陽極發(fā)生反應生成SO₄^2-，陰極Cu²⁺得到電子生成Cu，依據(jù)化合價的變化和電荷守恒書寫反應；

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(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  .

 2Al₂O₃+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(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）反應中硫元素化合價由Al₂（SO₄）₃中+6價降低為SO₂中+4價，反應中硫單質(zhì)中硫元素化合價由0價升高為SO₂中+4價，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：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生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不和氫氧化鈉溶液反應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；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：Al（OH）₃；Fe（OH）₃；
（3）由工藝流程可知，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（4）沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，氯氣將+3價的鐵氧化成+6價，自身被還原成-1價，發(fā)生反應為：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10 KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，
故答案為：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O；
（5）陽極是鐵失電子在堿性溶液中發(fā)生氧化反應生成FeO₄^2-；電極反應為：Fe+8OHˉ-6eˉ=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O； 
（6）電解時陽極發(fā)生反應生成SO₄^2-，陰極Cu²⁺得到電子生成Cu，裝置內(nèi)所發(fā)生反應的離子方程式為：SO₂+2H₂O+Cu²⁺

電解  .

4H⁺+SO₄^2-+Cu，
故答案為：SO₂+2H₂O+Cu²⁺

電解  .

4H⁺+SO₄^2-+Cu；

點評：本題以鋁、鐵的化合物為載體考查了物質(zhì)間的反應、物質(zhì)的分離和電解等知識點，明確物質(zhì)之間的反應是解本題關(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．