Question

以明矾石[主要成分为K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2A1₂O₃?6H₂O]为原料生产硫酸铝晶体[Al₂（SO₄）₃?18H₂O]和明矾[KAl（SO₄）₂?12H₂O]的实验流程如图所示：

两种不同形态的氧化铝的部分性质如表：

物质	α-Al2O3	γ-Al2O3
性质	不溶于水和酸	不溶于水，溶于强酸或强碱，加热至1200℃可转化为α-Al2O3

Al₂（SO₄）₃、明矾在不同温度下的溶解度如表：

温度/℃ 溶解度/g	0	20	40	60	80	100
Al2（SO4）3	31.2	36.4	46.1	59.2	73.0	89.0
明矾	3.0	5.9	11.7	25	71	154

（1）“焙烧”温度过高，会导致硫酸铝晶体产量降低，其原因是

 

．
（2）从“母液”制备硫酸铝晶体的实验步骤为：①

 

；②

 

；③过滤、洗涤、干燥．
（3）测定硫酸铝晶体样品中Al₂（SO₄）₃?18H₂O质量分数的实验步骤为（EDTA分别能与Al³⁺或Pb²⁺以物质的量之比1：1进行反应）：
步骤1：准确称取硫酸铝晶体样品mg，溶于25mL水中．
步骤2：加入c₁mol?L^-1 EDTA溶液V₁mL（过量），煮沸、冷却，稀释至100mL．
步骤3：取25.00mL上述稀释液，滴加指示剂，用c₂mol?L^-1 Pb（NO₃）₂标准溶液滴定过量的EDTA溶液，达到终点时消耗V₂mL Pb（NO₃）₂标准溶液．
①步骤2中“稀释至100mL”时，需要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、量筒、

 

．
②根据上述数据计算，该样品中Al₂（SO₄）₃?18H₂O的质量分数为

 

．（用含字母的代数式表示）．
（4）铝的阳极氧化法是把铝作为阳极，置于硫酸等电解液中，施加阳极电压进行电解，在铝的表面形成一层致密的氧化膜．
①电解过程中阳极的电极反应为

 

．
②取少量废电解液，加入NaHCO₃溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是

 

．（用离子方程式表示）

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,电解原理,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）温度过高导致γ-A1₂O₃转化为难溶于硫酸的α-Al₂O₃；
（2）根据从溶液中制取晶体的步骤来分析；
（3）①根据仪器的作用选取仪器；
②根据硝酸铅的物质的量计算参加反应的EDTA的物质的量，再根据剩余EDTA的物质的量计算参加反应的铝离子的物质的量，根据质量分数公式计算其质量分数；
（4）①铝的阳极氧化法是把铝作为阳极，Al失电子生成氧化铝；
②铝离子与HCO₃^-发生相互促进的水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳．

解答： 解：（1）加热至1200℃γ-A1₂O₃可转化为α-Al₂O₃，γ-A1₂O₃不溶于水和酸，则“焙烧”温度过高，γ-A1₂O₃转化为难溶于硫酸的α-Al₂O₃，会导致硫酸铝晶体产量降低，
故答案为：γ-A1₂O₃转化为难溶于硫酸的α-Al₂O₃；
（2）从溶液中制取硫酸铝晶体时要经过蒸发浓缩溶液、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；
（3）①配制一定物质的量浓度的溶液时，用100mL容量瓶配制溶液，用胶头滴管定容，故答案为：100 mL容量瓶、胶头滴管；
②硝酸铅和EDTA反应时需要EDTA的物质的量=10^-3C₂V₂mol，那么100mL溶液中EDTA的物质的量=4×10^-3C₂V₂mol，则和铝离子反应的EDTA的物质的量=10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol，EDTA和铝离子以1：1反应，所以铝离子的物质的量=10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol，Al₂（SO₄）₃?18H₂O的物质的量=0.5×（10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol），Al₂（SO₄）₃?18H₂O的质量=0.5×（10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol）×666g/mol=333（10^-3C₁V₁-4×10^-3C₂V₂）g，
其质量分数=

333(C1V1-4C2V2)

1000m

×100%，
故答案为：

333(C1V1-4C2V2)

1000m

×100%；
（4）①铝的阳极氧化法是把铝作为阳极，Al失电子生成氧化铝，则阳极的电极反应式为：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；
故答案为：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；
②铝离子与HCO₃^-发生相互促进的水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳，反应的离子方程式为Al³⁺+3HCO₃^-═Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案为：Al³⁺+3HCO₃^-═Al（OH）₃↓+3CO₂↑．

点评：本题以铝的化合物为载体考查了物质间的反应、物质的分离和提纯、滴定原理的应用、电解原理的应用等知识点，明确物质之间的反应是解本题关键，再结合原子守恒来分析解答，题目综合性较强，注意利用基础知识细心分析解答，难度中等．