Question

16．以Al（OH）₃、H₂SO₄、工业（NH₄）₂SO₄（含FeSO₄）为原料制备透明氧化铝陶瓷的工艺流程如图1所示：
回答下列问题：

（1）氧化步骤中发生的主要反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）当 25℃时，K_W=1.0×10^-14，K_b（NH₃•H₂O）=1.75×10^-5．（NH₄）₂SO₄溶液呈酸性，其原因是（用离子方程式解释）：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；该离子方程式的平衡常数K为5.7×10^-10（填具体数）．
（3）如何检验中和液中的杂质离子已完全除尽？取少量中和后的溶液，滴加KSCN溶液，若溶液不变红，则已完全除去；若溶液变红，则未除尽．
（4）NH₄Al（SO₄）₂溶液与过量NaOH溶液混合加热，反应的化学方程式为NH₄Al（SO₄）₂+5NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+3H₂O+NaAlO₂+2Na₂SO₄．
（5）综上分析，流程图中M混合气体的主要成分的化学式为NH₃、H₂O、SO₃ ，M可用一种物质吸收以实现循环利用，该物质的名称是浓硫酸．
（6）固体NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O在加热时，固体残留率随温度的变化如图2所示．633℃时剩余固体成分的化学式为Al₂（SO₄）₃．

Answer 1

分析 制备透明氧化铝陶瓷的工艺流程：Al（OH）₃、H₂SO₄发生反应为2Al（OH）₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；工业（NH₄）₂SO₄（含FeSO₄）溶于水，然后向溶液中加入双氧水，双氧水具有氧化性、硫酸亚铁具有还原性，二者发生氧化还原反应生成铁离子和水，离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，将得到的溶液中加入氨水，调节溶液的pH，使铁离子转化为Fe（OH）₃沉淀，然后过滤得到滤渣；将滤液加入硫酸铝溶液中，通过分离得到固体NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，加热固体NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，该物质分解生成M和含铝物质，
（1）硫酸铵中含有硫酸亚铁，亚铁离子被双氧水氧化成铁离子；
（2）根据NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，K=$\frac{c（{H}^{+}）•c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（{H}^{+}）•c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}$=$\frac{{K}_{W}}{{K}_{b}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，据此解答；
（3）的杂质离子是铁离子，铁离子用KSCN溶液检验；
（4）NH₄Al（SO₄）₂溶液与过量NaOH溶液反应生成氨气和偏铝酸钠；
（5）M的主要成分的化学式是NH₃、H₂O、SO₃ ；可以用浓硫酸吸收生成硫酸铵，以便重复利用；
（6）633℃时剩余固体质量分数是反应前的37.75%，根据硫酸铝铵晶体分解情况分析，得出化学式．

解答 解：（1）亚铁离子被氧化双氧水成铁离子，根据化合价升降相等配平方程式，离子方程式是：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案是：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）铵根离子水解，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，故（NH₄）₂SO₄溶液呈酸性，该反应的K=$\frac{c（{H}^{+}）•c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（{H}^{+}）•c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}$=$\frac{{K}_{W}}{{K}_{b}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{1.0×1{0}^{-14}}{1.75×1{0}^{-5}}$=5.7×10^-10；
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，5.7×10^-10；
（3）中和液中的杂质离子是铁离子，铁离子用KSCN溶液检验，其检验方法为取少量中和后的溶液，滴加KSCN溶液，若溶液不变红，则已完全除去；若溶液变红，则未除尽；
故答案为：取少量中和后的溶液，滴加KSCN溶液，若溶液不变红，则已完全除去；若溶液变红，则未除尽；
（4）NH₄Al（SO₄）₂溶液与过量NaOH溶液混合加热，反应的化学方程式为：NH₄Al（SO₄）₂+5NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+3H₂O+NaAlO₂+2Na₂SO₄；
故答案是：NH₄Al（SO₄）₂+5NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+3H₂O+NaAlO₂+2Na₂SO₄；
（5）根据（6），流程图中M的主要成分的化学式为NH₃、H₂O、SO₃ ；可以用浓硫酸吸收生成硫酸铵重复使用；
故答案是：NH₃、H₂O、SO₃ ； 浓硫酸
（6）假设有1mol硫酸铝铵晶体，摩尔质量是453g/mol，质量是453g，最后得到的是氧化铝，硫酸铝铵晶体加热过程中会分解，分别生成了水、氨气、三氧化硫；
当结晶水完全失去时，剩余固体与原始固体的质量百分比是：$\frac{18×12}{453}$×100%≈52.32%，大于这个值，说明结晶水没有完全失去；
当温度继续升高，硫酸铝铵中的硫酸铵开始分解生成氨气和三氧化硫，硫酸铵完全分解时，剩余物为硫酸铝，剩余固体与原始固体的质量百分比是：$\frac{171}{453}$×100%≈37.75%；当比值大于37.75%时，硫酸铵没有完全分解，当等于这个比值，说明硫酸铵恰好分解完全，小于这个比值，硫酸铝开始分解；故B点剩余固体是硫酸铝；
故答案是：Al₂（SO₄）₃．

点评 本题考查物质制备实验方案评价，为高频考点，侧重考查学生分析、推断、计算能力，明确流程图中发生的反应及基本操作是解本题关键，难点有关计算，题目难度中等．