Question

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

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，转移15mol电子，生成Al₂O₃2.5mol；
（2）A1₂O₃在一定条件下可制得AIN，其晶体结构如下图所示，该晶体中Al的配位数是4；

（3）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；
（4）焙烧产生的SO₂可用于制硫酸．已知25℃、101kPa时：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol；
2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=一44kJ/mol；
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol．
则25℃、101kPa时SO₃气体与H₂O反应的热化学方程式是SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130KJ/mol
焙烧568.8吨明矾（M=474g/mol ），若SO₂ 的利用率为96%，可生产质量分数为98%的硫酸259.2吨．

Answer 1

分析 （1）根据化学方程式确定电子转移数目与Al₂O₃的关系；
（2）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；
（3）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；
（4）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；依据硫元素守恒计算得到．

解答 解：（1）单质S元素的化合价为0价，二氧化硫中S元素的化合价为+4价，由方程式可知生成9mol的二氧化硫转移电子的物质的量是12mol，同时生成2mol三氧化二铝，即转移电子与三氧化二铝的物质的量之比为6：1，所以转移15mol电子，生成Al₂O₃ 2.5mol；
故答案为：2.5；
（2）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；
（3）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；
（4）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197kJ/mol①
H₂O（g）?H₂O（l）△H₂=-44kJ/mol②
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ/mol③
依据盖斯定律③-①-2×②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；
明矾的物质的量=$\frac{568.8×1{0}^{6}g}{474g/mol}$=1.2×10⁶mol，根据方程式知，生成SO₂的物质的量=$\frac{1.2×1{0}^{6}mol}{4}$×9=2.7×10⁶mol，SO₂的利用率为96%，根据硫原子守恒知，硫酸的物质的量=SO₂的物质的量=2.592×10⁶mol，则98%的质量=$\frac{2.592×1{0}^{6}mol×98g/mol}{98%}$=2.592×10⁸g=259.2吨；
故答案为：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130KJ/mol；259.2．

点评 本题考查了氧化还原反应的分析，盖斯定律的计算，化学计算等，题目难度中等，试题有利于培养学生的逻辑推理能力，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力及化学计算能力．