Question

15．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”過程中反應的化學方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S=2Al₂O₃+9SO₂，該反應中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是2：1．若生成102g Al₂O₃，轉移的電子數(shù)目為6N_A．
（2）寫出化學式：沉淀Ⅰ是Al（OH）₃，沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃．
（3）熟料溶解時反應的離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（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．
（5）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．
（6）“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）反應的熱化學方程式為SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130KJ/mol．
（7）本工藝流程中可循環(huán)物質(zhì)為H₂SO₄．

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(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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$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(diào)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(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）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，轉移電子是硫單質(zhì)的4倍，再根據(jù)N=nN_A轉移電子數(shù)目；
（2）分析流程結合氧化鋁的性質(zhì)可知，沉淀Ⅰ是Al（OH）₃；沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃；
（3）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；
（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計實驗檢驗；
（5）氫氧化鐵中通入氯氣發(fā)生氧化還原反應得到K₂FeO₄；
（6）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（7）上述分析可知可以循環(huán)利用的物質(zhì)是指參與反應過程，最后又生成的物質(zhì)可以循環(huán)利用．

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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$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(diào)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(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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+9SO₂，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，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是6：3=2：1；生成102gAl₂O₃的物質(zhì)的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{102g}{102g/mol}$=1mol，需要硫的物質(zhì)的量為1mol×$\frac{3}{2}$=1.5mol，轉移電子的物質(zhì)的量為1.5mol×4=6mol，轉移電子數(shù)目為N=nN_A=6mol×N_Amol^-1=6N_A，
故答案為：2：1，6N_A；
（2）分析流程結合氧化鋁的性質(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^-轉化為Al（OH）₃，沉淀Ⅰ是Al（OH）₃，反應的離子方程式為：AlO₂^-+H⁺+H₂O=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，F(xiàn)e（OH）₃；
（3）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，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（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）Cl₂將沉淀Ⅱ氧化為K₂FeO₄的化學方程式為：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，
故答案為：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O；
（6）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃ （g）△H₁=-197.0kJ•mol^-1
②H₂O（g）=H₂O（l）△H₂=-44.0kJ•mol^-1
③2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄ （l）△H₃=-545kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算（③-①-②×2）$\frac{1}{2}$，則SO₃ （g）和H₂O（l）反應的熱化學方程式為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130KJ/mol，
故答案為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130KJ/mol；
（7）依據(jù)分析可知，該流程中符合能循環(huán)使用的物質(zhì)為H₂SO₄，
故答案為：H₂SO₄．

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．