Question

【题目】草酸铝是一种不溶于水和醇，溶于强酸的白色粉末，是重要的媒染剂。某化学兴趣小组设计实验从废弃铝—空气海水电池中回收铝并制备草酸铝晶体。

【实验过程】

(一)铝的回收

①称取16.0g废弃电池原料；

②用98.3%的硫酸进行酸浸、稀释、除杂、过滤；

③将滤液蒸干得到硫酸铝固体mlg.

(二)草酸铝的制备

④配制250mL0.20mol/L的硫酸铝溶液；

⑤量取0.10mol/L的草酸铵溶液20.00mL,并加入一定量的分散剂，缓缓加入配制的硫酸铝溶液25.00mL,搅拌lh；

⑥沉化、抽滤、洗涤、干燥、称量固体质量为m2g。

【问题讨论】

(1)在用98.3%的硫酸进行酸浸时，浸出率与条件的关系如图所示:

由图可知浓硫酸为浸取剂的最佳条件为________。

(2)步骤③蒸干溶液所需的仪器有带铁圈的铁架台、酒精灯、_______、_______。

(3)铝的回收率为_______ (回收率=回收铝的质量/原料的质量）。

(4)步骤⑥中洗涤晶体时先用蒸馏水再用乙醇洗涤，这样洗涤的原因是_______。

(5)该研究小组在实验过程中发现，若用0.90mol/L草酸铵进行实验，会导致沉淀的质量远超过实际草酸铝的质量。经分析，结晶生成物为(NH4)xAly(C2O4)z·nH2O。 现称取3.990g该结晶水合物进行热分解，得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如下图所示。己知450℃时剩余固体只有Al2O3。第II阶段共产生气体2.016L (标准状况），该气体通入足量的石灰水中产生3.000g沉淀。请计算求出该结晶水合物的化学式为______。

Answer 1

【答案】 100℃ 浓硫酸质量40g[或m(浓硫酸)：m(海水电池产物)=5: 2] 蒸发皿，玻璃棒 先用水冼去晶体表面附着的杂质离子，再用乙醇洗涤可快速干燥 (NH4)3Al(C2O4)3·3H2O

【解析】 (1)在用98.3%的硫酸进行酸浸时，根据浸出率与条件的关系图可知，在100℃时，浸出率已经很高，再升高温度，浸出率基本不变，升高温度，对设备的要求增大，消耗的能量更多，浸取剂的最佳温度为100℃，根据右图可知，浓硫酸质量40g时，浸出率已经很高，再增大浓硫酸质量，浸出率基本不变，浸取剂的最佳用量为浓硫酸质量40g，此时m(浓硫酸)：m(海水电池产物)=40g:16g=5: 2，故答案为：100℃，浓硫酸质量40g[或m(浓硫酸)：m(海水电池产物)=5: 2]；

(2)步骤③蒸干溶液所需的仪器有带铁圈的铁架台、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒，故答案为：蒸发皿、玻璃棒；

(3) mlg硫酸铝中含有铝元素的质量为mlg×，则铝的回收率=×100%=×100%，故答案为： ×100%；

(4)步骤⑥中洗涤晶体时先用蒸馏水再用乙醇洗涤，先用水冼可以洗去晶体表面附着的杂质离子，再用乙醇洗涤可快速干燥，故答案为：先用水冼去晶体表面附着的杂质离子，再用乙醇洗涤可快速干燥；

(5)第I阶段是脱去结晶水，结晶水的质量为3.990g-3.450g=0.540g，物质的量为=0.03mol；n(Al2O3)= =0.005mol，含有铝元素的物质的量为0.005mol×2=0.01mol；生成碳酸钙的质量为3.000g，物质的量==0.03mol，故生成的气体中含有0.03molCO2，二氧化碳的质量为0.03mol×44g/mol=1.32g；因为气体的物质的量为=0.09mol，则生成的CO和氨气共有0.06mol，即n(CO)+n(NH3)=0.06mol；根据氢原子守恒，第二阶段生成水的物质的量是氨气的一半，根据质量守恒，CO和氨气的质量之和为3.990g-1.32g-0.510g-0.540g=1.62g，则n(CO)×28g/mol+n(NH3)×17g/mol+ n(NH3)××18g/mol =1.62g，解得n(CO)=0.03mol，n(NH3)=0.03mol，根据碳原子守恒，含有草酸根离子的物质的量为=0.03mol，因此n(NH4+)：n(Al3+)： n(C2O42-)：n(H2O)=3:1:3:3，该结晶水合物的化学式为(NH4)3Al(C2O4)3·3H2O，故答案为：(NH4)3Al(C2O4)3·3H2O。