Question

纳米氧化铝在陶瓷材料、电子工业、生物医药等方面有广阔的应用前景，它可通过硫酸铝铵晶体热分解得到．[已知：硫酸铝铵晶体的倾学式为（NH₄）A1（SO₄）_n?12H₂O]．制备硫酸铝铵晶体的实验流程如图（1）：

（1）检验上述流程中“过滤”后杂质是否除尽的实验方法是    ．
（2）上述流程中，“分离”所包含的操作依次为：    、    、过滤、洗涤、干燥．
（3）硫酸铝铵水溶液呈酸性的原因是    （用离子方程式表示）．
（4）写出上述“反应Ⅱ”中获得硫酸铝铵晶体的化学方程式    ．
（5）向硫酸铝铵溶液中加入氢氧化钡溶液至A1³⁺刚好沉淀完全，写出反应的离子方程式    ．
（6）取4.53g硫酸铝铵晶体加热分解，加热过程中，固体质量随时间的变化如图（2）所示：写出400℃时剩余固体成分的化学式    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）由工艺流程可知，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氨水调节溶液PH值，Fe³⁺使转化为Fe（OH）₃，过滤后的滤液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液检验是否含有Fe³⁺．
（2）由工艺流程可知，流程中“分离”是从溶液中获得晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等．
（3）Al³⁺、NH₄⁺水解使溶液呈酸性．
（4）由化学式可知n=2，硫酸铝溶液与硫酸铵溶液反应生成（NH₄）A1（SO₄）₂?12H₂O．
（5）向硫酸铝铵溶液中加入氢氧化钡溶液至A1³⁺刚好沉淀完全，OH^-与Al³⁺反应，NH₄⁺不反应，反应为硫酸铝与氢氧化钡（6）计算晶体中水的质量，根据固体质量差，计算晶体中剩余结晶水的质量，进而计算剩余固体中n[（NH₄）A1（SO₄）₂]：n（H₂O），据此书写化学式．
解答：解：（1）由工艺流程可知，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氨水调节溶液PH值，Fe³⁺使转化为Fe（OH）₃，过滤后的滤液中可能含有Fe³⁺，取少许滤液于试管中，钾几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则杂质以除尽．
故答案为：取少许滤液于试管中，钾几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则杂质以除尽．
（2）由工艺流程可知，流程中“分离”是从溶液中获得晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等．
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶．
（3）溶液中Al³⁺水解Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+H⁺，NH₄⁺水解NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺，使溶液呈酸性．
故答案为：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+H⁺，NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺．
（4）硫酸铝溶液与硫酸铵溶液反应生成（NH₄）A1（SO₄）₂?12H₂O，
反应方程式为A1₂（SO₄）₃+（NH₄）₂SO₄+24H₂O=2（NH₄）A1（SO₄）₂?12H₂O．
故答案为：A1₂（SO₄）₃+（NH₄）₂SO₄+24H₂O=2（NH₄）A1（SO₄）₂?12H₂O．
（5）向硫酸铝铵溶液中加入氢氧化钡溶液至A1³⁺刚好沉淀完全，OH^-与Al³⁺反应，NH₄⁺不反应，反应为硫酸铝与氢氧化钡，反应离子方程式为2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+6OH^-=3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓．
故答案为：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+6OH^-=3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓．
（6）取4.53g硫酸铝铵晶体的物质的量为=0.01mol，
4.53g硫酸铝铵晶体中水的质量为0.01mol×12×18g/mol=2.16g，
加热400℃时固体质量减少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g
剩余固体中结晶水的物质的量为=0.005mol．
剩余固体中n[（NH₄）A1（SO₄）₂]：n（H₂O）=0.01mol：0.005mol=2：1，
故400℃时剩余固体成分的化学式为（NH₄）₂A1₂（SO₄）₄?H₂O．
故答案为：（NH₄）₂A1₂（SO₄）₄?H₂O．
点评：考查镁铝及其化合物的性质，对工艺流程理解、常用化学用语、盐类水解、物质的分离提纯与离子检验、化学计算等，综合性较大，难度较高，需要学生具备扎实的基础与运用知识分析解决问题的能力．（5）中离子方程式书写为易错点，注意溶液中有铵根离子和铝离子，氢氧根先与铝离子反应生成氢氧化铝，然后氢氧根再与铵根离子反应，最后溶解氢氧化铝．