Question

【题目】KAl(SO4)2·12H2O（明矾）是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐（主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质）制备明矾的过程如下图所示。

回答下列问题：

（1）为尽量少引入杂质，试剂①应选用NaOH溶液，若选用H2SO4溶液，其后果是_________。

（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为_______________；滤液A中的某种离子与NH4+，HCO3-均能反应生成沉淀B，该离子与NH4+反应的离子方程式为___________。

（3）Al(OH)3在水中存在两种电离方式，其中：Al(OH)3(aq)AlO2-+H+(aq)+H2O(l) Ka=2.0×10-13(25℃)，则25℃时Al(OH)3与NaOH溶液反应的平衡常数K=________________（列出含Kw、Ka的表达式并计算）

（4）明矾与硫磺焙烧时发生反应的化学方程式为：KAl(SO4)2·12H2O+SK2SO4+Al2O3+SO2↑+H2O（未配平），配平后的化学计量数依次为____________；每生成67.2L标准状况下的SO2，转移电子的物质的量为________；焙烧产生的SO2经催化氧化、吸收等过程可制得硫酸，若SO2催化氧化时的转化率为96.0%，则理论上用该法生成硫酸时硫元素的总转化率为__________。

Answer 1

【答案】 引入杂质Fe2+、Mg2+ 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ AlO2- + NH4+ +2H2O = Al(OH)3↓ + NH3·H2O

（或AlO2- + NH4+ +H2O = Al(OH)3↓ + NH3↑） = =20（2分） （解析：K= = =） 4、3、2、2、9、48 4 mol 78.5%

【解析】（1）从易拉罐的成分看，试剂①若选用H2SO4溶液，Fe、Mg杂质会发生反应生成Fe2+、Mg2+，从而引入杂质。

（2）易拉罐溶解过程中Al及表面的氧化膜Al2O3都能反应，但主要的反应是Al与碱反应，其反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。滤液A为偏铝酸钠及过量的氢氧化钠，能与NH4+，HCO3-均能反应生成沉淀的为偏铝酸根，该离子与NH4+反应的离子方程式为AlO2- + NH4+ +2H2O = Al(OH)3↓ + NH3·H2O。（或AlO2- + NH4+ +H2O = Al(OH)3↓ + NH3↑）

（3）25℃时Al(OH)3与NaOH溶液反应的平衡常数K= = == =20。

（4）明矾与硫磺焙烧时KAl(SO4)2·12H2O中部分S化合价从+6降低到SO2的+4价，S从0价升高到SO2的+4价，根据化合价升降总数相等配平可得，4KAl(SO4)2·12H2O+3S2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O。按照方程式系数，每生成9mol SO2转移12mol电子，则每生成67.2L标准状况下的SO2，转移电子的物质的量为4 mol。

根据反应的化学方程式，反应物中共有11个S原子，生成9个SO2分子，又因为SO2催化氧化时的转化率为96.0%，则理论上用该法生成硫酸时硫元素的总转化率为9÷11×96.0%=78.5%。