Question

9．明矾石经处理后得到明矾[KAl（SO₄） ₂•12H₂O]．从明矾制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的工艺过程如图1所示：

焙烧明矾的化学方程式为：4KAl（SO₄） ₂•12H₂O+3S═2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O
请回答下列问题：
（1）在焙烧明矾的反应中，还原剂是S．
（2）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是蒸发结晶．
（3）Al₂O₃在一定条件下可制得AlN，其晶体结构如图2所示，该晶体中Al的配位数是4．
（4）以Al和NiO（OH） 为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH） 转化为Ni（OH） ₂，该电池反应的化学方程式是Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂．
（5）焙烧产生的SO₂可用于制硫酸．已知25℃、101kPa时：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197kJ/mol；
H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44kJ/mol；
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ/mol．
则SO₃（g） 与H₂O（l） 反应的热化学方程式是SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol．
焙烧948t明矾（M=474g/mol），若SO₂的利用率为96%，可生产质量分数为98%的硫酸432t．

Answer 1

分析 明矾和硫焙烧得到固体混合物和SO₂，二氧化硫氧化为三氧化硫，溶于水生成硫酸，固体混合物水浸过滤得到硫酸钾溶液和固体氧化铝，加入冰晶石电解熔融氧化铝得到金属铝，
（1）化学方程式中元素化合价变化分析，元素化合价升高的做还原剂发生氧化反应；
（2）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是利用硫酸钾溶解度随温度变化，可以利用蒸发溶剂方法结晶析出；
（3）配位化合物中直接和中心原子（或离子）相联系的配位原子的数目；
（4）以Al和NiO（OH）为电极，铝做原电池 负极失电子发生氧化反应，NiO（OH）得到电子发生还原反应，结合原子守恒和电子守恒写出反应化学方程式；
（5）①依据热化学方程式和盖斯定律计算Ⅲ-Ⅰ-2×Ⅱ得到所需热化学方程式；
②硫元素守恒计算得到硫酸质量．

解答 解：（1）4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S═2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O反应硫单质中硫元素化合价升高为+4价．硫酸根离子中硫元素化合价从+6价变化为+4价，复印纸还原剂是硫单质；
故答案为：S；
（2）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是利用硫酸钾溶解度随温度变化不大，可以利用蒸发溶剂方法结晶析出晶体，
故答案为：蒸发结晶；
（3）依据晶体晶胞结构分析，结合配位数含义可知，每个铝原子和四个单原子相连，所以铝原子的配位数为4，
故答案为：4；
（4）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，铝做负极失电子在氢氧化钠溶液中生成偏铝酸钠，反应的化学方程式为：
Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂ ，
故答案为：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂；
（5）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197kJ/mol；Ⅰ
H₂O（g）?H₂O（l）△H₂=-44kJ/mol；Ⅱ
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ/mol．Ⅲ
依据盖斯定律Ⅲ-Ⅰ-2×Ⅱ得到：2SO₃（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l）△H=-260kJ/mol，
即反应的热化学方程式为：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol，
故答案为：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol；
②948 t明矾生成SO₂物质的量为4500mol 故生成硫酸的质量m=4500×0.96×98÷0.98=432000Kg=432t，
故答案为：432．

点评 本题考查了氧化还原反应概念分析判断，晶体结构的理解分析，原电池反应的实质应用，热化学方程式和盖斯定律的计算，元素守恒的计算应用，题目难度中等．