Question

1．某化學(xué)小組試?yán)�用廢鋁屑（含雜質(zhì)鐵）制備硫酸鋁晶體，并對(duì)硫酸鋁晶體進(jìn)行熱重分析，其主要實(shí)驗(yàn)流程如圖1：

（1）向溶液A中通入過(guò)量的CO₂，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑．
（2）操作II所包含的實(shí)驗(yàn)操作的名稱依次為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥．
（3）若開(kāi)始時(shí)稱取的廢鋁屑的質(zhì)跫為5.00g，得到固體A的質(zhì)量為0.95g，硫酸鋁晶體的質(zhì)量為49.95g（假設(shè)每一步的轉(zhuǎn)化率均為100%），則所得硫酸鋁晶體的化學(xué)式為Al₂（SO₄）₃.18H₂O．
（4）取以上制得的硫酸鋁晶體進(jìn)行熱重分析，其熱分解主要分為三個(gè)階段：第一階段失重40.54%，第二階段失重48.65%，第三階段失重84.68%，以后不再失重．其熱分解的曲線如圖2所示．
已知：失重%=$\frac{加熱減少的質(zhì)量}{原晶體樣品的總質(zhì)量}$×100%
①失重第一階段反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al₂（SO₄）₃.18H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂（SO₄）₃.3H₂O+15H₂O．
②失重第三階段殘留固體的化學(xué)式為Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3SO₃↑．

Answer 1

分析 向廢鋁屑（含雜質(zhì)鐵）中加入足量氫氧化鈉溶液，發(fā)生反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，鐵不反應(yīng)，固體A為Fe，采用過(guò)濾的方法進(jìn)行分離，溶液A為NaAlO₂溶液，向其中通入二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)：NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃，再通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行分離，固體B為氫氧化鋁，氫氧化鋁與硫酸反應(yīng)得到硫酸鋁溶液，再經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、洗滌、干燥得到硫酸鋁晶體；
（1）Al和氫氧化鈉溶液生成可溶性的偏鋁酸鈉；
（2）從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等操作；
（3）Al的質(zhì)量為5g-0.95g=4.05g，設(shè)硫酸鋁晶體化學(xué)式為：Al₂（SO₄）₃．nH₂O，根據(jù)Al元素守恒計(jì)算硫酸鋁晶體的物質(zhì)的量，再計(jì)算硫酸鋁晶體的相對(duì)分子質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算n的值，確定化學(xué)式；
（4）根據(jù)（3）中計(jì)算可知，晶體中結(jié)晶水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，低溫加熱，首先失去結(jié)晶水，高溫下，最終硫酸鋁分解，根據(jù)失重%計(jì)算判斷各階段分解產(chǎn)物，再書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式．

解答 解：（1）Al和氫氧化鈉溶液生成可溶性的偏鋁酸鈉與氫氣，鎂不反應(yīng)，反應(yīng)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
（2）從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等操作；
故答案為：蒸發(fā)濃縮；過(guò)濾；
（3）Al的質(zhì)量為5g-0.95g=4.05g，其物質(zhì)的量為4.05g÷27g/mol=0.15mol，設(shè)硫酸鋁晶體化學(xué)式為：Al₂（SO₄）₃．nH₂O，根據(jù)Al元素守恒，硫酸鋁晶體的物質(zhì)的量為0.15mol÷2=0.075mol，故硫酸鋁晶體的相對(duì)分子質(zhì)量為49.95÷0.075=666，則54+96×3+18n=666，解得n=18，故該硫酸鋁晶體的化學(xué)式為：Al₂（SO₄）₃.18H₂O；
故答案為：Al₂（SO₄）₃.18H₂O；
（4）晶體中結(jié)晶水的含量為$\frac{18×18}{666}$=48.65%，故第二階段完全失去結(jié)晶水，得到物質(zhì)為Al₂（SO₄）₃，第一階段失去部分結(jié)晶水，失去結(jié)晶水?dāng)?shù)目為$\frac{666×40.54%}{18}$=15，故第一階段得到的物質(zhì)為Al₂（SO₄）₃.3H₂O，反應(yīng)方程式為：Al₂（SO₄）₃.18H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂（SO₄）₃.3H₂O+15H₂O；
第三階段剩余物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量為666×（1-84.68%）=102，應(yīng)是Al₂O₃，故硫酸鋁反應(yīng)生成氧化鋁與三氧化硫，反應(yīng)方程式為：Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3SO₃↑；
故答案為：Al₂（SO₄）₃.18H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂（SO₄）₃.3H₂O+15H₂O；Al₂（SO₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂O₃+3SO₃↑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握制備實(shí)驗(yàn)流程及物質(zhì)組成、性質(zhì)、發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)、計(jì)算能力的考查，題目難度中等．