Question

从明矾[KAl(SO₄)₂·12H₂O]制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程如下：

明矾焙烧的化学方程式为：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，氧化剂是                 。
（2）步骤②中，为提高浸出率，可采取的措施有             。

A．粉碎固体混合物

B．降低温度

C．不断搅拌

D．缩短浸泡时间

（3）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是          。
（4）步骤③电解的化学方程式是               ，电解池的电极是用碳素材料做成，电解过程中，阳极材料需要定期更换，原因是：         。
（5）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，则该电池的正极电极反应式是                                      。
（6）焙烧a吨明矾（摩尔质量为b g/mol），若SO₂的转化率为96%，可生产质量分数为98％的H₂SO₄质量为                      吨(列出计算表达式)。

Answer 1

（1）KAl(SO₄)₂·12H₂O（2分）
（2） AC （2分，多选、错选0分）
（3）蒸发结晶（2分，“蒸发浓缩、冷却结晶”给1分）
（4）（2分）
阳极中碳被氧化成CO₂（CO）  （2分，用化学方程式表示也可，如：
C＋O₂CO₂或2C＋O₂2CO   ，条件用加热或970℃也可）
（5）NiO(OH)+H₂O＋e^－＝Ni(OH)₂＋OH^－（2分）
（6）或（3分，不带单位不扣分，化简也可以）

试题分析：（1）明矾的焙烧已经给出了方程式，因此本题主要是考查氧化还原反应的特征。该方程式中发生化合价变化的只有S元素，明矾中的S元素一部分发生化合价降低，而S单质的化合价升高，因此反应中的氧化剂是明矾（KAl(SO₄)₂·12H₂O），还原剂是单质S。
（2）步骤②是水浸明矾焙烧后的固体混合物，因此要提高浸出率，往往需要增大接触面积、充分溶解；因此粉碎固体混合物、不断搅拌都是可行的。
（3）焙烧后的固体混合物是K₂SO₄和Al₂O₃，水浸后的溶液则是易溶于水的K₂SO₄溶液，所以要从单一组分的溶液中得到改溶质，可以直接蒸发结晶。
（4）氧化铝电解制备铝单质，该反应方程式为；在电解反应中阴极还原得到单质铝，阳极得到O2，由于阳极电极材料是C单质，所以在高温环境下，碳素材料会被氧气氧化为CO或CO2，从而导致阳极碳素电极受损，要定期更换。
（5）以Al和NiO(OH)为电极构成的碱性电池，首先判断出单质Al做负极，NiO(OH)为正极；因此放电时正极得到电子被还原，从Ni的化合价变化可以得出得失电子数目，所以充分运用电荷守恒、原子守恒，再结合反应环境可以的该正极的反应式为NiO(OH)+H₂O＋e^－＝Ni(OH)₂＋OH^－。
（6）计算思路：计算明矾物质的量，根据方程式计算SO2的总物质的量，根据S原子守恒H2SO4溶质的物质的量等于96%的SO2，把溶质H2SO4的物质的量转化为质量，再用溶质H2SO4的质量除以质量分数求得H2SO4溶液的总质量。计算列式为。