Question

納米氧化鋁在陶瓷材料、電子工業(yè)、生物醫(yī)藥等方面有廣闊的應(yīng)用前景，它可通過(guò)硫酸鋁銨晶體熱分解得到．[已知：硫酸鋁銨晶體的化學(xué)式為Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄?24H₂O，相對(duì)分子質(zhì)量為906]
（1）制備硫酸鋁銨晶體的實(shí)驗(yàn)流程如下：

①檢驗(yàn)上述流程中“過(guò)濾”后雜質(zhì)是否除盡的實(shí)驗(yàn)方法是

 

．
②上述流程中，“分離”所包含的操作依次為：

 

、

 

、過(guò)濾、洗滌、干燥．
（2）取4.53g 硫酸鋁銨晶體加熱分解，最終剩余0.51g Al₂O₃固體．加熱過(guò)程中，固體質(zhì)量隨溫度的變化如圖所示．

請(qǐng)通過(guò)計(jì)算確定400℃時(shí)剩余固體成分的化學(xué)式（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：由工藝流程可知，加入過(guò)氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過(guò)濾后濾液主要含硫酸銨，氫氧化鋁與硫酸混合反應(yīng)生成硫酸鋁溶液，再將硫酸銨和硫酸鋁溶液混合反應(yīng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等最終得到硫酸鋁銨晶體，
（1）①由工藝流程可知，加入過(guò)氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過(guò)濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液檢驗(yàn)是否含有Fe³⁺；
②由工藝流程可知，流程中“分離”是從溶液中獲得晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等；
（2）計(jì)算晶體中水的質(zhì)量，根據(jù)固體質(zhì)量差，計(jì)算晶體中剩余結(jié)晶水的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算剩余固體中n[（NH₄）Al（SO₄）₂]：n（H₂O），據(jù)此書(shū)寫(xiě)化學(xué)式．

解答： 解：由工藝流程可知，加入過(guò)氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過(guò)濾后濾液主要含硫酸銨，氫氧化鋁與硫酸混合反應(yīng)生成硫酸鋁溶液，再將硫酸銨和硫酸鋁溶液混合反應(yīng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等最終得到硫酸鋁銨晶體；
（1）①由工藝流程可知，加入過(guò)氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過(guò)濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，取少許濾液于試管中，加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質(zhì)已除盡．
故答案為：取少許濾液于試管中，加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質(zhì)已除盡；
②由工藝流程可知，流程中“分離”是從溶液中獲得晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（2）取4.53g硫酸鋁銨晶體的物質(zhì)的量為

4.53g

906g/mol

=0.005mol，
4.53g硫酸鋁銨晶體中水的質(zhì)量為0.005mol×24×18g/mol=2.16g，
加熱400℃時(shí)固體質(zhì)量減少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g
剩余固體中結(jié)晶水的物質(zhì)的量為

2.16g-2.07g

18g/mol

=0.005mol．
剩余固體中n[（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄]：n（H₂O）=0.005mol：0.005mol=1：1，
故400℃時(shí)剩余固體成分的化學(xué)式為（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄?H₂O．
答：400℃時(shí)剩余固體成分的化學(xué)式為（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄?H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查鎂鋁及其化合物的性質(zhì)，對(duì)工藝流程理解、常用化學(xué)用語(yǔ)、鹽類(lèi)水解、物質(zhì)的分離提純與離子檢驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算等，綜合性較大，難度較高，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與運(yùn)用知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力．