Question

10．明矾石的主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，含有少量氧化铁．利用明矾石制备K₂SO₄的工艺流程如图所示：

据此流程图回答下列问题：
（1）①焙烧炉中Al₂（SO₄）₃与S反应的产物是两种氧化物，该反应的化学方程式为2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂；写出炉气的一种用途：用于工业制硫酸；
（2）②中Al₂O₃参与反应的离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（3）③中调节pH不能用CO₂的理由是偏铝酸钾与二氧化碳反应会生成碳酸钾，使制备的K₂SO₄中有杂质．
（4）工业冶炼金属铝需要定期更换补充阳极碳块的原因是阳极会产生氧气，阳极的碳块在高温时会与氧气反应．
（5）纯净氢氧化铝经历两次分解反应（填反应类型）可制得铝．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，该电池负极的电极反应式是Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（6）现有明矾石1625t，按上述流程制得780tAl（OH）₃，忽略铝元素的损失，请计算明矾石中钾元素的质量分数为80%．

Answer 1

分析 根据题中工业流程可知，明矾石与硫在加热的条件下生成二氧化硫和氧化铝，所以炉气中主要有二氧化硫，熟料中主要是氧化铝，氧化铝溶解在氢氧化钾溶液中，得到偏铝酸钾溶液，用稀硫酸调节PH值，可得氢氧化铝沉淀和硫酸钾溶液，从硫酸钾溶液中可得硫酸钾晶体，据此答题．

解答 解：根据题中工业流程可知，明矾石与硫在加热的条件下生成二氧化硫和氧化铝，所以炉气中主要有二氧化硫，熟料中主要是氧化铝，氧化铝溶解在氢氧化钾溶液中，得到偏铝酸钾溶液，用稀硫酸调节PH值，可得氢氧化铝沉淀和硫酸钾溶液，从硫酸钾溶液中可得硫酸钾晶体，
（1）①焙烧炉中Al₂（SO₄）₃与S反应的产物是两种氧化物，反应的化学方程式为2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂，炉气的主要成份是二氧化硫，其一种用途为用于工业制硫酸，
故答案为：2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂；用于工业制硫酸；
（2）反应②为Al₂O₃与氢氧化钾的反应，反应的离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；  
（3）③中调节pH不能用CO₂，因为偏铝酸钾与二氧化碳反应会生成碳酸钾，使制备的K₂SO₄中有杂质，
故答案为：偏铝酸钾与二氧化碳反应会生成碳酸钾，使制备的K₂SO₄中有杂质； 
（4）工业冶炼金属铝是用电解熔融的氧化铝的方法，阳极会产生氧气，阳极的碳块在高温时会与氧气反应，所以要定期更换补充阳极碳块，
故答案为：阳极会产生氧气，阳极的碳块在高温时会与氧气反应； 
（5）纯净氢氧化铝经过受热分解，再电解可制得铝，涉及的反应类型都是分解反应，以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，充当电池的正极，铝发生氧化反应充当电池的负极，所以电池负极的电极反应式是Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：分解反应；Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O； 
（6）现有明矾石1625t，按上述流程制得780tAl（OH）₃，根据明矾石的化学式K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O可知，明矾石中铝元素与钾元素的物质的量之比为3：1，780tAl（OH）₃中铝元素的物质的量为$\frac{780}{78}$×10⁶mol=1×10⁷mol，所以钾元素的物质的量为$\frac{1}{3}$×10⁷mol，根据元素守恒可知，明矾石中钾元素的质量分数为$\frac{\frac{1}{3}×1{0}^{7}×39}{1625×1{0}^{6}}$=0.08=80%，
故答案为：80．

点评 本题以铝、铁的化合物为载体考查了物质间的反应、物质的分离和原电池、化学计算等知识点，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．