Question

17．明礬石經處理后得到明礬[KAl（SO₄）₂•12H₂O]．從明礬制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄的工藝過程如下所示：

焙燒明礬的化學方程式為：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O
請回答下列問題：
（1）在焙燒明礬的反應中，轉移15mol電子，生成Al₂O₃2.5mol；
（2）A1₂O₃在一定條件下可制得AIN，其晶體結構如下圖所示，該晶體中Al的配位數是4；

（3）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，該電池反應的化學方程式是Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂；
（4）焙燒產生的SO₂可用于制硫酸．已知25℃、101kPa時：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol；
2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=一44kJ/mol；
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol．
則25℃、101kPa時SO₃氣體與H₂O反應的熱化學方程式是SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130KJ/mol
焙燒568.8噸明礬（M=474g/mol ），若SO₂ 的利用率為96%，可生產質量分數為98%的硫酸259.2噸．

Answer 1

分析 （1）根據化學方程式確定電子轉移數目與Al₂O₃的關系；
（2）配位化合物中直接和中心原子（或離子）相聯系的配位原子的數目；
（3）以Al和NiO（OH）為電極，鋁做原電池負極失電子發生氧化反應，NiO（OH）得到電子發生還原反應，結合原子守恒和電子守恒寫出反應化學方程式；
（4）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；依據硫元素守恒計算得到．

解答 解：（1）單質S元素的化合價為0價，二氧化硫中S元素的化合價為+4價，由方程式可知生成9mol的二氧化硫轉移電子的物質的量是12mol，同時生成2mol三氧化二鋁，即轉移電子與三氧化二鋁的物質的量之比為6：1，所以轉移15mol電子，生成Al₂O₃ 2.5mol；
故答案為：2.5；
（2）依據晶體晶胞結構分析，結合配位數含義可知，每個鋁原子和四個單原子相連，所以鋁原子的配位數為4，
故答案為：4；
（3）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，鋁做負極失電子在氫氧化鈉溶液中生成偏鋁酸鈉，反應的化學方程式為：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂ ；
故答案為：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂；
（4）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197kJ/mol①
H₂O（g）?H₂O（l）△H₂=-44kJ/mol②
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ/mol③
依據蓋斯定律③-①-2×②得到：2SO₃（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l）△H=-260KJ/mol；即反應的熱化學方程式為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130KJ/mol；
明礬的物質的量=$\frac{568.8×1{0}^{6}g}{474g/mol}$=1.2×10⁶mol，根據方程式知，生成SO₂的物質的量=$\frac{1.2×1{0}^{6}mol}{4}$×9=2.7×10⁶mol，SO₂的利用率為96%，根據硫原子守恒知，硫酸的物質的量=SO₂的物質的量=2.592×10⁶mol，則98%的質量=$\frac{2.592×1{0}^{6}mol×98g/mol}{98%}$=2.592×10⁸g=259.2噸；
故答案為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130KJ/mol；259.2．

點評 本題考查了氧化還原反應的分析，蓋斯定律的計算，化學計算等，題目難度中等，試題有利于培養學生的邏輯推理能力，提高學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力及化學計算能力．