Question

【題目】明礬石經處理后得到明礬（KAl（SO4）2·12H2O）。由明礬制備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，氧化劑和還原劑的物質的量之比為_______。

（2）從水浸后的濾液中得到K2SO4晶體的操作方法是_______。

（3）A12O3在一定條件下可制得AIN，AlN的晶體結構與金剛石相似，晶胞結構如圖所示。每個晶胞中含有_______個鋁原子，若Al與N原子最近距離為apm，則該晶體的密度為_______g/cm3。（阿伏加德羅常數用NA表示）

（4）SO2分子的空間構型為_______

（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=一197kJ/mol；

2H2O（g）＝2H2O（1）△H2＝一44kJ/mol；

2SO2（g）+O2（g）+2H2O（g）＝2H2SO4（l）△H3＝一545kJ/mol。

則SO3（g）與H2O（l）反應的熱化學方程式是_______。

Answer 1

【答案】1:1 蒸發濃縮，冷卻結晶 4 V形或角形 SO3（g）＋H2O（l）=H2SO4（l）△H=-152kJ·mol－1

【解析】

(1)根據焙燒明礬方程式，判斷出氧化劑和還原劑，即可知道答案；

(2)從溶液中得到固體硫酸鉀，可以才用蒸發結晶的方法；

(3)AlN的晶胞中N原子數目為4，Al原子數目為8×+6×=4，頂點白色球與相鄰黑色距離為晶胞體對角線的，則晶胞體對角線長為4apm，晶胞棱長為pm，晶胞的體積為（pm）3，1mol晶胞的質量為4×41g，得其密度；

(4) SO2分子中S原子價層電子對數=2+=3，且含有1個孤電子對，根據價電子對互斥理論判斷S原子的軌道雜化類型及分子的空間構型；

(5) ①2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△H1=-197kJ/mol，②2H2O（g）=2H2O（1）△H2=-44kJ/mol，③2SO2（g）+O2（g）+2H2O（g）=2H2SO4（l）△H3=-545kJ/mol，依據蓋斯定律③-①-②得到。

(1)4KAl（SO4）212H2O+3S═2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O反應硫單質中硫元素化合價升高為+4價。硫酸根離子中硫元素化合價從+6價變化為+4價，故還原劑是硫單質，而氧化劑是6mol的硫酸根離子，即3mol的4KAl（SO4）212H2O，氧化劑和還原劑的物質的量之比1：1，故答案為1：1；

(2)從溶液中得到固體硫酸鉀，可以才用蒸發結晶的方法，故答案：蒸發濃縮，冷卻結晶；

(3)AlN的晶胞中N原子數目為4，Al原子數目為8×+6×=4，頂點白色球與相鄰黑色距離為晶胞體對角線的，則晶胞體對角線長為4apm，晶胞棱長為pm，晶胞的體積為（pm）3，1mol晶胞的質量為4×41g，得其密度g/cm3，故答案為：4；；

(4)SO2分子中S原子價層電子對數=2+=3，且含有1個孤電子對，根據價電子對互斥理論判斷S原子的軌道雜化類型為sp2，分子的空間構型為V形，故答案為：V形或角形；

(5)①2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△H1=-197kJ/mol，②2H2O（g）=2H2O（1）△H2=-44kJ/mol，③2SO2（g）+O2（g）+2H2O（g）=2H2SO4（l）△H3=-545kJ/mol，依據蓋斯定律③-①-②得到：2SO3（g）+2H2O（l）=2H2SO4（l）△H=-304 kJ/mol，即反應的熱化學方程式為：SO3（g）+H2O（l）=H2SO4（l）△H=-152 kJ/mol；故答案為：SO3（g）+H2O（l）=H2SO4（l）△H=-152kJ/mol。