Question

5．固體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O在加熱時，固體殘留率隨溫度的變化如圖1所示．
（1）取A物質溶于水形成溶液，加入過量NaOH溶液混合加熱，反應的離子方程式為NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O
（2）B物質的化學式為Al₂（SO₄）₃
（3）取B物質，于975℃灼燒得到的主要產物是C和一種氧化性氣體，該反應的化學方程式為Al₂（SO₄）_{3$\frac{\underline{\;975°C\;}}{\;}$} Al₂O₃+3SO₃↑，C與分別足量NaOH溶液和稀硫酸反應，消耗兩者物質的量之比為2：3
（4）常溫下，在0.10mol•L^-1B的溶液中加入氫氧化鈉稀溶液充分攪拌有Al（OH）₃沉淀生成，當溶液的pH=10時，c（Al³⁺）=3×10^-22mol•L^-1（K_Sp[Al （OH）₃]=3×10^-34）．
（5）電滲析法處理廚房垃圾發酵液，同時得到乳酸的原理如圖2（圖中“HA”表示乳酸分子，A^-表示乳酸根離子）．

①陽極的電極反應式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
②簡述濃縮室中得到濃乳酸的原理：陽極OH^-放電，c（H⁺）增大，H⁺從陽極通過陽離子交換膜進入濃縮室，A^-通過陰離子交換膜從陰極進入濃縮室，H⁺+A^-═HA，乳酸濃度增大．
③電解過程中，采取一定的措施可控制陽極室的pH約為6-8，此時進入濃縮室的OH^-可忽略不計．400mL 10g•L^-1乳酸溶液通電一段時間后，濃度上升為145g•L^-1（溶液體積變化忽略不計），陰極上產生的H₂在標準狀況下的體積約為6.72L．（乳酸的摩爾質量為90g•mol^-1）

Answer 1

分析 （1）分析固體殘留率隨溫度的變化圖可知，M（A）=M【NH₄Al（SO₄）₂】×53.32%=237，故A為NH₄Al（SO₄）₂，
（2）同理，M（B）=M【NH₄Al（SO₄）₂】×37.75%=171，故其只可能是：2NH₄Al（SO₄）₂～Al₂（SO₄）₃，故B為Al₂（SO₄）₃；
（3）M（C）=M【NH₄Al（SO₄）₂】×11.26%=51，故其只可能是：2NH₄Al（SO₄）₂～Al₂O₃，故C為Al₂O₃．NH₄Al（SO₄）₂溶液，加入過量NaOH溶液混合加熱，離子方程式為：NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O；B物質于975℃灼燒得到的氧化性氣體為SO₃；
（4）根據溶度積的概念可以直接計算．pH=10時，c（OH^-）=10^-4，由c（Al ³⁺）•c³（OH^-）=K_Sp[Al（OH）₃]可得C（Al ³⁺）=3×10^-34/10^-12=3×10^-22；
（5）①電解池中陽極上氫氧根離子失電子生成氧氣；
②根據電解池中離子移動方向來回答判斷；
③根據電極反應式結合原子守恒來計算．

解答 解：（1）分析固體殘留率隨溫度的變化圖可知，M（A）=M【NH₄Al（SO₄）₂】×53.32%=237，故A為NH₄Al（SO₄）₂，取A物質溶于水形成溶液，加入過量NaOH溶液混合加熱，反應的離子方程式為：NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O，
故答案為：NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O；
（2）同理，M（B）=M【NH₄Al（SO₄）₂】×37.75%=171，故其只可能是：2NH₄Al（SO₄）₂～Al₂O₃，結合原子守恒得到B為Al₂（SO₄）₃，
故答案為：Al₂（SO₄）₃；
（3）B物質于975℃灼燒得到的氧化性氣體為SO₃，反應的化學方程式為：B物質于975℃灼燒得到的氧化性氣體為SO₃，反應的化學方程式為：Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;975°C\;}}{\;}$Al₂O₃+3SO₃↑，M（C）=M【NH₄Al（SO₄）₂】×11.26%=51，故其只可能是：2NH₄Al（SO₄）₂～Al₂O₃，故C為Al₂O₃．NH₄Al（SO₄）₂溶液，加入過量NaOH溶液混合加熱，離子方程式為：NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O；C為Al₂O₃與分別足量NaOH溶液和稀硫酸反應，Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₂+3H₂O，消耗兩者物質的量之比為2：3，
故答案為：Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;975°C\;}}{\;}$Al₂O₃+3SO₃↑，2：3； 
（4）根據溶度積的概念可以直接計算．pH=10時，c（OH^-）=10^-4，由c（Al ³⁺）•c³（OH^-）=K_Sp[Al（OH）₃]，可得c（Al ³⁺）=$\frac{3×1{0}^{-34}}{1{0}^{-12}}$=3×10^-22mol•L^-1，
故答案為：3×10^-22．
（5）①陽極上是陰離子氫氧根離子發生失電子的氧化反應，電極反應式為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；
②在電解池的陽極上是OH^-放電，所以c（H⁺）增大，并且H⁺從陽極通過陽離子交換膜進入濃縮室；根據電解原理，電解池中的陰離子移向陽極，即A^-通過陰離子交換膜從陰極進入濃縮室，這樣：H⁺+A^-═HA，乳酸濃度增大，
故答案為：陽極OH^-放電，c（H⁺）增大，H⁺從陽極通過陽離子交換膜進入濃縮室，A^-通過陰離子交換膜從陰極進入濃縮室，H⁺+A^-═HA，乳酸濃度增大；
③在陽極上發生電極反應：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，陰極上發生電極反應：2H⁺+2e^-=H₂↑，根據電極反應方程式，則有：HA～H⁺～$\frac{1}{2}$H₂，根據差值法，乳酸的濃度變化量是$\frac{145g/L-10g/mol}{90g/mol}$=1.5mol/L，即生成HA的物質的量是1.5mol/L×0.4L=0.6mol，所以產生氫氣是0.3mol即0.3mol×22.4L/mol=6.72L，
故答案為：6.72．

點評 本題考查了圖象分析，固體加熱分解產物的判斷方法和計算應用，物質性質，溶度積常數的理解分析，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．