Question

1．明礬石的主要成分為K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，此外還含有少量Fe₂O₃雜質．某校研究小組利用明礬石制備氫氧化鋁的流程如下：

（1）配平“焙燒”過程中反應的化學方程式：
2Al₂（SO₄）₃+3S═2Al₂O₃+9SO₂↑．
（2）分離溶液和廢渣的操作是過濾，“溶解”時反應的離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₃^-+H₂O．
（3）“調節pH”后過濾、洗滌Al（OH）₃沉淀，證明沉淀已洗滌干凈的實驗操作和現象是取最后一次洗滌的濾液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成，則證明已洗滌干凈．
（4）“母液”中可回收的物質是K₂SO₄、Na₂SO₄．
（5）若“焙燒”過程中恰好消耗48g硫黃，則理論上最終可得到468 g氫氧化鋁．

Answer 1

分析 根據元素守恒和得失電子守恒，可知焙燒爐中發生反應的化學方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂，故生成爐氣中含二氧化硫，熟料中含氧化鋁、氧化鐵、硫酸鉀等，加入氫氧化鈉和水，氧化鋁和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應，過濾，濾渣中含氧化鐵，濾液中含偏鋁酸鈉和硫酸鉀、氫氧化鈉等；用硫酸調節pH，得到氫氧化鋁沉淀和硫酸鈉、硫酸鉀，過濾得母液中含硫酸鉀、硫酸鈉溶質．
（1）根據元素守恒和得失電子守恒，硫酸鋁和硫單質發生的是氧化還原反應，氧化產物和含有產物為二氧化硫，可知焙燒爐中發生反應的化學方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂；
（2）分離溶液和廢渣的操作用過濾，氫氧化鈉與氧化鋁反應生成偏鋁酸鈉和水；
（3）Al（OH）₃沉淀具有吸附性，可吸附硫酸根離子，通過檢驗硫酸根離子的方法進行實驗；
（4）“母液”中含有硫酸鹽；
（5）依據化學方程式中定量關系確定明礬石的主要成分為K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O物質的量，結合鋁元素守恒計算得到氫氧化鋁的理論值．

解答 解：根據元素守恒和得失電子守恒，硫酸鋁和硫單質發生的是氧化還原反應，氧化產物和含有產物為二氧化硫，可知焙燒爐中發生反應，故生成爐氣中含二氧化硫，熟料中含氧化鋁、氧化鐵、硫酸鉀等，加入氫氧化鈉和水，氧化鋁和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應，過濾，濾渣中含氧化鐵，濾液中含偏鋁酸鈉和硫酸鉀、氫氧化鈉等；用硫酸調節pH，得到氫氧化鋁沉淀和硫酸鈉、硫酸鉀，過濾得母液中含硫酸鉀、硫酸鈉溶質，
（1）硫酸鋁和硫單質發生的是氧化還原反應，氧化產物和含有產物為二氧化硫，反應中硫元素化合價由Al₂（SO₄）₃中S元素的+6價降低，單質硫中S的化合價升高，令產物中S的化合價為+x價，根據得失電子守恒可知6（6-x）=3（x-0），則x=4，所以生成產物為SO₂，則反應的化學方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂，
故答案為：2，3，2，9SO₂；
（2）分離溶液和廢渣的操作用過濾，氫氧化鈉與氧化鋁反應生成偏鋁酸鈉和水，反應的離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：過濾，Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（3）Al（OH）₃沉淀具有吸附性，可吸附硫酸根離子，通過檢驗硫酸根離子的方法進行實驗，方法為取最后一次洗滌的流出液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成則已洗滌干凈，
故答案為：取最后一次洗滌的流出液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成則已洗滌干凈；
（4）根據流程分析可知“母液”中含有硫酸鹽中含有K₂SO₄、Na₂SO₄，都可回收利用，
故答案為：K₂SO₄；Na₂SO₄；
（6）氫氧化鋁具有兩性，能與硫酸反應，不嚴格控制pH值，會導致氫氧化鋁溶解，從而得不到氫氧化鋁沉淀，故答案為：氫氧化鋁具有兩性，能與硫酸反應，不嚴格控制pH值，會導致氫氧化鋁溶解，從而得不到氫氧化鋁沉淀；
（5）2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂，依據鋁元素守恒計算，若“焙燒”過程中恰好消耗48g硫黃物質的量=$\frac{48g}{32g/mol}$=1.5mol，反應的2Al₂（SO₄）₃物質的量為1mol，K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O物質的量為1mol，
K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O～6Al（OH）₃，
  1                           6×78
1mol                              m 
則理論上最終可得到m=468g
故答案為：468．

點評 本題考查物質的制備、分離等知識，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，為高考常見題型，題目難度中等，注意把握物質的相關性質．