Question

3．NH₄Al（SO₄）₂是食品加工中最为快捷的食品添加剂，用于焙烤食品，工业上常用铝土矿（主要成分为Al₂O₃和少量的 SiO₂、Fe₂O₃杂质）生产铵明矾晶体NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，其工艺流程图如下：

（1）废渣a、b 的成分分别是：二氧化硅、氢氧化铁．（写名称）
（2）流程图中X的化学式为：H₂SO₄．
（3）反应Ⅲ的离子方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的操作依次为（填操作名称）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤．
（4）过硫酸铵[（NH₄）₂S₂O₈]在工业生产中有广泛的用途，可以作为氧化剂和漂白剂，广泛地用于蓄电池工业；还用作聚合的引发剂、纤维工业的脱浆剂．在上述的工艺流程中用惰性电极电解X与反应Ⅵ所得物质的混合溶液可以得到过硫酸铵．
写出阳极反应式：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-．
（5）反应Ⅶ的化学方程式为：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂；
NH₄HSO₄溶液中离子浓度由大到小顺序为：c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）．
（6）向硫酸铝铵溶液中逐滴加入氢氧化钡溶液，不可能发生的反应是B（填选项字母）
A．4NH₄Al（SO₄）₂+3Ba（OH）₂=2（NH₄）₂SO₄+3BaSO₄↓+Al₂ （SO₄）₃+2Al（OH）₃↓
B．2NH₄Al（SO₄）₂+4Ba（OH）₂=（NH₄）₂SO₄+3BaSO₄↓+Ba（AlO₂）₂
C．2NH₄Al（SO₄）₂+3Ba（OH）₂=（NH₄）₂SO₄+3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓
D．NH₄Al（SO₄）₂+2Ba（OH）₂=NH₃•H₂O+2BaSO₄↓+Al（OH）₃↓

	SO2Cl2	Cl2	SO2
熔点/℃	-54.1	-101	-72.4
沸点/℃	69.1	-34.6	-10
性质	遇水发生 剧烈水解

Answer 1

分析 铝土矿（主要成分为Al₂O₃和少量的 SiO₂、Fe₂O₃杂质）铝土矿的主要成分是氧化铝，根据题中流程图可知，在反应Ⅲ中通入二氧化碳，而流程最后要得到硫酸盐，所以为了除去杂质，先在铝土矿中加入过量的稀硫酸，得废渣a为SiO₂，滤液中含有Al³⁺、Fe³⁺，所以X为稀硫酸，再加过量的氢氧化钠溶液，生成偏铝酸钠溶液和氢氧化铁沉淀，所以废渣b为氢氧化铁，Y为氢氧化钠，反应Ⅲ为偏铝酸钠溶液与过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和废液，反应Ⅳ为氢氧化铝中加上硫酸可以制得Al₂（SO₄）₃，反应Ⅵ中氨气与硫酸反应生成（NH₄）₂SO₄，反应Ⅴ中（NH₄）₂SO₄转化为铵明矾，电解硫酸和硫酸铵的混合溶液，在阴极上得氢气，阳极上得（NH₄）₂S₂O₈，反应ⅤⅡ为（NH₄）₂S₂O₈与水反应生成双氧水和NH₄HSO₄，以此来解答．

解答 解：铝土矿（主要成分为Al₂O₃和少量的 SiO₂、Fe₂O₃杂质）铝土矿的主要成分是氧化铝，根据题中流程图可知，在反应Ⅲ中通入二氧化碳，而流程最后要得到硫酸盐，所以为了除去杂质，先在铝土矿中加入过量的稀硫酸，得废渣a为SiO₂，滤液中含有Al³⁺、Fe³⁺，所以X为稀硫酸，再加过量的氢氧化钠溶液，生成偏铝酸钠溶液和氢氧化铁沉淀，所以废渣b为氢氧化铁，Y为氢氧化钠，反应Ⅲ为偏铝酸钠溶液与过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和废液，反应Ⅳ为氢氧化铝中加上硫酸可以制得Al₂（SO₄）₃，反应Ⅵ中氨气与硫酸反应生成（NH₄）₂SO₄，反应Ⅴ中（NH₄）₂SO₄转化为铵明矾，电解硫酸和硫酸铵的混合溶液，在阴极上得氢气，阳极上得（NH₄）₂S₂O₈，反应ⅤⅡ为（NH₄）₂S₂O₈与水反应生成双氧水和NH₄HSO₄，
（1）由上述分析可知，废渣a为SiO₂，名称为二氧化硅，废渣b为氢氧化铁，故答案为：二氧化硅；氢氧化铁；
（2）根据上面的分析可知，流程图中X为稀硫酸，X的化学式为H₂SO₄，故答案为：H₂SO₄；
（3）反应Ⅲ为偏铝酸钠溶液与过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，反应Ⅲ的离子方程式为 AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓，铵明矾晶体中有结晶水，温度过高会使结晶水失去，所以从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的操作依次为 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，
故答案为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=HCO₃^-+Al（OH）₃↓；蒸发浓缩；
（4）根据电解原理阳极失电子发生氧化反应，SO₄²?失电子生成S₂O₈^2-，电极方程式为2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，故答案为：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-；
（5）根据元素守恒和题中信息可知，反应Ⅶ的化学方程式为（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂，NH₄HSO₄溶液中电离出SO₄^2-、H⁺、NH₄⁺，其中铵根离子水解生成氢离子，所以溶液中离子浓度由大到小顺序为c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-），
故答案为：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂；c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（OH^-）；
（6）设NH₄Al（SO₄）₂为2mol，逐滴加入氢氧化钡溶液，则；
A．如Al³⁺完全转化为AlO₂^-，则需要5molBa（OH）₂，此时发生2NH₄Al（SO₄）₂+5Ba（OH）₂=2NH₃•H₂O+4BaSO₄↓+Ba（AlO₂）₂+4H₂O，则n（NH₄Al（SO₄）₂）：n（Ba（OH）₂）＜2时，生成产物为（NH₄）₂SO₄、BaSO₄↓、Al（OH）₃，可能含有Al₂（SO₄）₃，故A不选；
B．n（NH₄Al（SO₄）₂）：n（Ba（OH）₂）=2时，生成产物为NH₃•H₂O、BaSO₄和Al（OH）₃，故B选；
C．设NH₄Al（SO₄）₂为2mol，溶液中含有2molNH₄⁺、2molAl³⁺、4molSO₄^2-，Al³⁺完全沉淀时，需要3molBa（OH）₂，此时发生2NH₄Al（SO₄）₂+3Ba（OH）₂=（NH₄）₂SO₄+3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓，故C不选；
D．如SO₄^2-完全反应，则需要4molBa（OH）₂，此时发生NH₄Al（SO₄）₂+2Ba（OH）₂=NH₃•H₂O+2BaSO₄↓+Al（OH）₃↓，故D不选；
故选B．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，侧重考查化学流程的分析、基本操作、电解原理、离子浓度比较、化学反应的判断，把握工艺流程及发生的反应、混合物分离提纯等为解答的关键，题目难度中等，需要学生具备阅读获取信息能力、综合运用知识、信息分析问题解决问题能力．