Question

明矾石的主要成分是K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃?6H₂O，此外还含有少量Fe₂O₃杂质．利用明矾石来制备Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工艺流程如下：

请回答下列问题：
（1）“焙烧”过程中反应的化学方程式为2Al₂（SO₄）₃+3S 

高温  .

 2Al₂O₃+9SO₂，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比是

 

．若生成102g Al₂O₃，转移的电子数目为

 

．
（2）写出化学式：沉淀Ⅰ是

 

，沉淀Ⅱ是

 

．
（3）熟料溶解时反应的离子方程式为

 

．
（4）溶液经加硫酸调节pH后，过滤、洗涤，可得沉淀Ⅰ，证明沉淀Ⅰ已洗涤干净的实验操作和现象是

 

、

 

．
（5）写出Cl₂将沉淀Ⅱ氧化为K₂FeO₄的化学方程式：

 

．
（6）K₂FeO₄也可以铁为电极，通过电解浓的KOH溶液来制取，写出电解法制取K₂FeO₄的阳极反应式：

 

．
（7）“焙烧”过程中生成的SO₂可用于制H₂SO₄．已知25℃，101kPa时：
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
则SO₃（g）和H₂O（l）反应的热化学方程式为

 

．
（8）本工艺流程中可循环物质为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,氧化还原反应的电子转移数目计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,镁、铝的重要化合物,物质的分离、提纯和除杂

专题：化学反应中的能量变化,电离平衡与溶液的pH专题

分析：（1）所含元素化合价降低的反应物是氧化剂；反应中硫单质中硫元素化合价由0价升高为SO₂中+4价，硫单质为还原剂，计算生成102gAl₂O₃需要硫的物质的量，转移电子是硫单质的4倍，再根据N=nN_A转移电子数目；
（2）分析流程结合氧化铝的性质可知，沉淀Ⅰ是Al（OH）₃；
（3）沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃；
（4）沉淀Ⅰ是Al（OH）₃，证明沉淀Ⅰ已洗涤干净的实验操作是检验洗涤液中师傅汉语硫酸根离子设计实验检验；
（5）从滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体；
（6）电解时阳极发生反应生成FeO₄^2-，依据化合价的变化和电荷守恒书写电极反应．

解答： 解：利用明矾石（主要成分是K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃?6H₂O，此外还含有少量Fe₂O₃杂质）制备Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工艺流程：明矾脱水后主要成分是K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃，“焙烧”Al₂（SO₄）₃中+6价降低为SO₂中+4价，Al₂（SO₄）₃是氧化剂，硫单质为还原剂，发生2Al₂（SO₄）₃+3S

高温  .

Al₂O₃+9SO₂，熟料溶解为氧化铝与氢氧化钾溶液反应生成偏铝酸钾，离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸调PH值，AlO₂^-转化为Al（OH）₃，灼烧生成Al₂O₃，母液中离子主要有K⁺、SO₄^2-，含有溶质为K₂SO₄，滤渣为Fe₂O₃，加硫酸Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，X为Fe₂（SO₄）₃，加氢氧化钾Fe₂（SO₄）₃+6KOH=2Fe（OH）₃↓+3K₂SO₄，通入氯气：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，制得K₂FeO₄；
（1）“焙烧”Al₂（SO₄）₃中+6价降低为SO₂中+4价，Al₂（SO₄）₃是氧化剂，硫单质为还原剂，发生2Al₂（SO₄）₃+3S

高温  .

Al₂O₃+9SO₂，反应中硫元素化合价由Al₂（SO₄）₃中+6价降低为SO₂中+4价，反应中硫单质中硫元素化合价由0价升高为SO₂中+4价，氧化剂与还原剂的物质的量之比是2：1；生成102gAl₂O₃的物质的量为n=

m

M

=

102g

102g/mol

=1mol，需要硫的物质的量为1mol×

3

2

=1.5mol，转移电子的物质的量为1.5mol×4=6mol，转移电子数目为N=nN_A=6mol×N_Amol^-1=6N_A，
故答案为：2Al₂（SO₄）₃+3S

高温  .

Al₂O₃+9SO₂；6N_A；
（2）分析流程结合氧化铝的性质可知，铝土矿中的氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，氧化铁不和氢氧化钠溶液反应过滤得到滤渣为氧化铁，熟料溶解为氧化铝与氢氧化钾溶液反应生成偏铝酸钾，离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸调PH值，AlO₂^-转化为Al（OH）₃，沉淀Ⅰ是Al（OH）₃，反应的离子方程式为：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓；
故答案为：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓；
（3）滤渣为Fe₂O₃，加硫酸Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，X为Fe₂（SO₄）₃，加氢氧化钾Fe₂（SO₄）₃+6KOH=2Fe（OH）₃↓+3K₂SO₄，沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃；
故答案为：Fe（OH）₃；
（4）溶液经加硫酸调节pH后，过滤，洗涤，可得沉淀Ⅰ，证明沉淀Ⅰ已洗涤干净的实验操作和现象是：取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成，则已将沉淀洗干净；
故答案为：取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成，则已将沉淀洗干净；
（5）从滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体，故答案为：蒸发结晶；
（6）阳极是铁失电子在碱性溶液中发生氧化反应生成FeO₄^2-；电极反应为Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案为：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）取最后一次洗涤的滤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成则已洗涤干净．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）

点评：点评：本题以铝、铁的化合物为载体考查了物质间的反应、物质的分离和电解等知识点，明确物质之间的反应是解本题关键，这种综合性较强的题型是高考热点，须利用基础知识细心分析解答，题目难度中等．