Question

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的工艺流程如图甲：

（1）“焙烧”过程中反应的化学方程式为2Al₂（SO₄）₃+3S

高温  .

 2Al₂O₃+9SO₂，该反应中若生成102g Al₂O₃，转移的电子数目为

 

（用N_A表示阿伏伽德罗常数）．
（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）写出Cl₂将沉淀Ⅱ氧化为K₂FeO₄的化学方程式：

 

．
（5）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：

 

．
（6）该流程的废气中含有SO₂，可利用图乙所示电解装置吸收SO₂．写出装置内所发生反应的离子方程式

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

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；沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃；
（3）由工艺流程可知，熟料溶解为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠；
（4）沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，氯气将+3价的铁氧化成+6价，自身被还原成-1价，据此书写化学反应方程式；
（5）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；
（6）电解时阳极发生反应生成SO₄^2-，阴极Cu²⁺得到电子生成Cu，依据化合价的变化和电荷守恒书写反应；

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  .

 2Al₂O₃+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）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，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：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；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：Al（OH）₃；Fe（OH）₃；
（3）由工艺流程可知，熟料溶解为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（4）沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，氯气将+3价的铁氧化成+6价，自身被还原成-1价，发生反应为：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10 KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，
故答案为：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O；
（5）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+8OHˉ-6eˉ=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O； 
（6）电解时阳极发生反应生成SO₄^2-，阴极Cu²⁺得到电子生成Cu，装置内所发生反应的离子方程式为：SO₂+2H₂O+Cu²⁺

电解  .

4H⁺+SO₄^2-+Cu，
故答案为：SO₂+2H₂O+Cu²⁺

电解  .

4H⁺+SO₄^2-+Cu；

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．