Question

【題目】KAl(SO4)2·12H2O（明礬）是一種復(fù)鹽，在造紙等方面應(yīng)用廣泛。實(shí)驗(yàn)室中，采用廢易拉罐（主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質(zhì)）制備明礬的過(guò)程如下圖所示。

回答下列問(wèn)題：

（1）為盡量少引入雜質(zhì)，試劑①應(yīng)選用NaOH溶液，若選用H2SO4溶液，其后果是________________________ 。

（2）易拉罐溶解過(guò)程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________；濾液A中的某種離子與NH4+、HCO3-均能反應(yīng)生成沉淀B，該離子與NH4+反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________。

（3）明礬與硫磺焙燒時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：KAl(SO4)2·12H2O+SK2SO4+Al2O3+SO2↑+H2O（未配平），配平后的化學(xué)計(jì)量數(shù)依次為___________________________；每生成67.2L標(biāo)準(zhǔn)狀況下的SO2，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為________；焙燒產(chǎn)生的SO2經(jīng)催化氧化、吸收等過(guò)程可制得硫酸，若SO2催化氧化時(shí)的轉(zhuǎn)化率為96.0%，則理論上用該法生成硫酸時(shí)硫元素的總轉(zhuǎn)化率為__________。

（4）實(shí)驗(yàn)室需要用1mol/L的KAl(SO4)2溶液225ml，用明礬配制用到的玻璃儀器有____________________________________。

Answer 1

【答案】 引入雜質(zhì)Fe2+、Mg2+ 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ AlO2- + NH4+ +2H2O = Al(OH)3↓ + NH3·H2O （或AlO2- + NH4+ +H2O = Al(OH)3↓ + NH3↑） 4、3、2、2、9、48 4 mol 78.5% 燒杯 玻璃棒 250ml容量瓶 膠頭滴管

【解析】（1）易拉罐（主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質(zhì)），它們都是比較活潑的金屬，都可以與酸發(fā)生反應(yīng)，而Al可以與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)變?yōu)镹aAlO2進(jìn)入溶液，而Fe、Mg不能與堿發(fā)生反應(yīng)，所以要以含Al的易拉罐為原料制取明礬，應(yīng)該用強(qiáng)堿NaOH溶液溶解，若選用H2SO4溶液，F(xiàn)e、Mg會(huì)與H2SO4反應(yīng)生成Fe2+、Mg2+，其后果是引入雜質(zhì)Fe2+、Mg2+。

（2）易拉罐溶解過(guò)程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑；

從流程圖分析 ，可知沉淀B化學(xué)式為Al(OH)3 ，濾液A的主要成分是NaAlO2，向其水溶液中加入NH4HCO3溶液，AlO2-、NH4+發(fā)生鹽的雙水解反應(yīng)，產(chǎn)生Al(OH)3沉淀和NH3·H2O，反應(yīng)的方程式是AlO2-+2H2O+NH4+= Al(OH)3↓+NH3·H2O。

（3）該反應(yīng)中，S元素的化合價(jià)由0價(jià)和+6價(jià)變?yōu)?4價(jià)，所以部分4KAl（SO4）212H2O作氧化劑（6個(gè)硫酸根被還原，2個(gè)硫酸根保持不變），硫作還原劑，還原劑和氧化劑的物質(zhì)的量之比為3：3，故化學(xué)方程式配平后為：4KAl（SO4）212H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O，則配平后的化學(xué)計(jì)量數(shù)依次為4、3、2、2、9、48 。從化學(xué)方程式中可知，反應(yīng)中共轉(zhuǎn)移了12 mole-，生成9 mol SO2，故每生成67.2L標(biāo)準(zhǔn)狀況下的SO2，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為（67.2L╳12 mol）÷(22.4 L/mol╳9)=4 mol 。據(jù)總反應(yīng)可知，共有11個(gè)S（4KAl（SO4）212H2O+3S）參與反應(yīng)生成9 SO2，若SO2催化氧化時(shí)的轉(zhuǎn)化率為96.0%，則理論上用該法生成硫酸時(shí)硫元素的總轉(zhuǎn)化率為：9÷11╳96.0%=78.5% 。

（4）實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有225mL容量瓶，所以選擇250mL容量瓶，操作步驟有計(jì)算、稱量、溶解、移液、洗滌移液、定容、搖勻等操作，一般用托盤天平稱量，用藥匙取用藥品，在燒杯中溶解，用玻璃棒攪拌，加速溶解，恢復(fù)室溫后轉(zhuǎn)移到500mL容量瓶中，并用玻璃棒引流，洗滌2-3次，并將洗滌液移入容量瓶中，當(dāng)加水至液面距離刻度線1～2cm時(shí)，改用膠頭滴管滴加，最后定容顛倒搖勻．所以需要的儀器有托盤天平、燒杯、500ml的容量瓶、膠頭滴管、藥匙，配制用到的玻璃儀器有燒杯 玻璃棒 250ml容量瓶 膠頭滴管。