Question

11．用芒硝（Na₂SO_4°10H₂O）制備純堿、明礬銨[（NH₄）₂Al（SO₄）_2°12H₂O]的生產工藝流程如下圖：

（1）溶液C中的溶質主要是NH₄HCO₃
（2）明礬銨的溶液呈酸性，明礬銨可用于凈水，用離子方程式說明其原理Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺
（3）過程Ⅰ中的反應溫度不能超過40℃，其原因是NH₄HCO₃易受熱分解
（4）運用化學平衡原理解釋Na₂SO₄稍過量的原因HCO₃^2-（aq）+Na⁺（aq）?NaHCO₃（s），Na⁺濃度增大平衡向正反應方向移
（5）若將Al₂（SO₄）₃加入到A中會產生大量的沉淀和氣體，導致明礬銨的產量降低，請用離子方程式解釋
解釋產生該現象的原因是Al³⁺+3HCO₃^2-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑
（6）溶液E中的溶質離子為NH₄⁺、SO₄^2-
（7）已知明礬銨的溶解度隨著溫度的升高而增大，過程Ⅱ中得到明礬銨的系列實驗操作是：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．

Answer 1

分析 碳酸氫銨溶液中加入硫酸鈉，過濾得到濾渣與溶液A，而濾渣焙燒得到碳酸鈉與二氧化碳，可知濾渣為NaHCO₃，過程I利用溶解度不同發生復分解反應：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，濾液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，調節pH使NH₄HCO₃轉化二氧化碳與（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B為（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸鋁得銨明礬，D主要為剩余的NH₄HSO₄、Al₂（SO₄）₃．

解答 解：碳酸氫銨溶液中加入硫酸鈉，過濾得到濾渣與溶液A，而濾渣焙燒得到碳酸鈉與二氧化碳，可知濾渣為NaHCO₃，過程I利用溶解度不同發生復分解反應：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，濾液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，調節pH使NH₄HCO₃轉化二氧化碳與（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B為（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸鋁得銨明礬，D主要為剩余的NH₄HSO₄、Al₂（SO₄）₃．
（1）CO₂與氨水反應生成NH₄HCO₃或（NH₄）₂CO₃，故答案為：NH₄HCO₃；
（2）由于Al³⁺與NH₄⁺水解使溶液呈現酸性，明礬銨可用于凈水，是因為鋁離子水解產生氫氧化鋁膠體所致：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，故答案為：酸；Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；
（3）NH₄HCO₃易受熱分解，故反應應控制溫度，故答案為：NH₄HCO₃易受熱分解；
（4）在平衡體系中增加一種反應物的濃度，反應正向進行，提高另外反應物的轉化率，HCO₃^2-（aq）+Na⁺（aq）?NaHCO₃（s），Na⁺濃度增大平衡向正反應方向移，故答案為：HCO₃^2-（aq）+Na⁺（aq）?NaHCO₃（s），Na⁺濃度增大平衡向正反應方向移；
（5）發生雙水解反應Al³⁺+3HCO₃^2-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，故答案為：Al³⁺+3HCO₃^2-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（6）A為（NH₄）₂SO₄和剩余的硫酸鹽和碳酸鹽，B主要為NH₄HSO₄，D主要為剩余的NH₄HSO₄、Al₂（SO₄）₃，E為（NH₄）₂SO₄，溶液E中的溶質離子為：NH₄⁺、SO₄^2-，故答案為：NH₄⁺、SO₄^2-；
（7）明礬銨的溶解度隨著溫度的升高而增大，故采用降溫結晶的方法分離，因濾液濃度低，所以需要濃縮，方法為蒸發濃縮、降溫結晶（冷卻結晶），故答案為：蒸發濃縮；冷卻結晶．

點評 本題考查制備實驗方案設計、物質組成的測定，明確工藝流程原理是解題關鍵，綜合考查學生分析解決問題的能力，難度中等．