Question

17．以明礬[KAl（SO₄）₂•12H₂O]為原料制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄的工藝流程如下：

依據上述流程圖回答下列問題：
（1）寫出明礬和硫單質混合焙燒發生反應的化學方程式4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+2K₂SO₄+9SO₂↑+48H₂O．
（2）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，實驗室在蒸發濃縮過程中用到的主要儀器有蒸發皿、玻璃棒、酒精燈、三腳架．
（3）電解Al₂O₃時加入冰晶石的作用是降低Al₂O₃的熔點，節約能源．
（4）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=3Ni（OH）₂+NaAlO₂．
（5）焙燒產生的SO₂可用于制硫酸．已知25℃，101kPa時：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197.0kJ•mol^-1
H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44kJ•mol^-1
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ•mol^-1
則SO₃（g）和H₂O（l）反應的熱化學方程式是SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130kJ•mol^-1．
（6）焙燒948噸明礬（M=474g•mol^-1），若SO₂的利用率為96%，則可生產多少噸質量分數為98%的硫酸？

Answer 1

分析 （1）“焙燒”過程中得到SO₂與固體混合物，而固體混合物進行水浸，過濾得到Al₂O₃與K₂SO₄，則焙燒”過程中得到SO₂、Al₂O₃、K₂SO₄，同時有水生成，配平是化學方程式；
（2）從溶液中獲得晶體，需要經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等操作，實驗室在蒸發濃縮過程中用到的主要儀器有：蒸發皿、玻璃棒、酒精燈、三腳架；
（3）Al₂O₃的熔點很高，電解時加入冰晶石降低Al₂O₃的熔點，可以節約能源；
（4）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，發生還原反應，則Al發生氧化反應，堿性條件下得到NaAlO₂，配平書寫方程式；
（5）SO₃（g）和H₂O（l）發生反應為：SO₃+H₂O═H₂SO₄，根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以合適的系數進行加減，構造目標熱化學方程式，反應熱也進行相應的運算；
（6）將SO₂的利用率轉化為KAl（SO₄）₂•12H₂O的利用率，由焙燒”過程中反應方程式，及硫元素守恒，可得關系式：4KAl（SO₄）₂•12H₂O～9H₂SO₄，據此計算．

解答 解：（1）“焙燒”過程中得到SO₂與固體混合物，而固體混合物進行水浸，過濾得到Al₂O₃與K₂SO₄，則焙燒”過程中得到SO₂、Al₂O₃、K₂SO₄，同時有水生成，發生反應為：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+2K₂SO₄+9SO₂↑+48H₂O，
故答案為：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+2K₂SO₄+9SO₂↑+48H₂O；
（2）從溶液中獲得晶體，需要經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等操作，實驗室在蒸發濃縮過程中用到的主要儀器有：蒸發皿、玻璃棒、酒精燈、三腳架，
故答案為：冷卻結晶；蒸發皿、玻璃棒、酒精燈、三腳架；
（3）Al₂O₃的熔點很高，電解時加入冰晶石降低Al₂O₃的熔點，可以節約能源，
故答案為：降低Al₂O₃的熔點，節約能源；
（4）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，發生還原反應，則Al發生氧化反應，堿性條件下得到NaAlO₂，該電池反應的化學方程式是：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂，
故答案為：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂；
（5）SO₃（g）和H₂O（l）發生反應為：SO₃+H₂O═H₂SO₄，
已知：①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197.0kJ•mol^-1
②H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44kJ•mol^-1
③2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，（③-①）×$\frac{1}{2}$-②得：SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130kJ•mol^-1，
故答案為：SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130kJ•mol^-1；
（6）設可生產x噸質量分數為98%的硫酸，則：
4KAl（SO₄）₂•12H₂O～9H₂SO₄，
4×474             9×98
948t×96%          xt×98%
所以（4×474）：（9×98）=（948t×96%）：（xt×98%）
解得x=432，
答：可生產432噸質量分數為98%的硫酸．

點評 本題考查實驗制備方案、物質的分離提純、原電池反應式書寫、熱化學方程式書寫、化學計算等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，（6）中注意利用關系式進行多步反應有損失率的計算，難度中等．