Question

7．明礬石經(jīng)處理后得到明礬[KAl（SO₄）₂•12H₂O]．從明礬制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄的工藝過(guò)程如圖1所示：

焙燒明礬的化學(xué)方程式為：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）在焙燒明礬的反應(yīng)中，還原劑是S．
（2）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發(fā)結(jié)晶．
（3）A1₂O₃在一定條件下可制得AIN，其晶體結(jié)構(gòu)如圖2所示，該晶體中Al的配位數(shù)是4
（4）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時(shí)NiO（OH）轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂，該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式是Al+3NiO（OH）+H₂O═NaAlO₂+3Ni（OH）₂．
（5）焙燒產(chǎn)生的SO₂可用于制硫酸．已知25℃、101kPa時(shí)：
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(yīng)的熱化學(xué)方程式是SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130KJ/mol．
焙燒948t明礬（M=474g/mol ），若SO₂的利用率為96%，可生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸432t．

Answer 1

分析 明礬和硫焙燒發(fā)生4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O，氣體二氧化硫與氧氣在五氧化二礬作催化劑的作用下生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，SO₃+H₂O=H₂SO₄，制得硫酸；焙燒所得固體混合物，用水浸，為提高浸出率，可采取粉碎固體混合物、不斷攪拌，從水浸后的濾液中蒸發(fā)結(jié)晶得到K₂SO₄晶體，電解Al₂O₃，制得Al，以此解答該題．
（1）依據(jù)化學(xué)方程式中元素化合價(jià)變化分析判斷，元素化合價(jià)升高的做還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是利用硫酸鉀溶解度隨溫度變化，可以利用蒸發(fā)溶劑方法結(jié)晶析出；
（3）配位化合物中直接和中心原子（或離子）相聯(lián)系的配位原子的數(shù)目；
（4）以Al和NiO（OH）為電極，鋁做原電池 負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，NiO（OH）得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合原子守恒和電子守恒寫(xiě)出反應(yīng)化學(xué)方程式；
（5）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；依據(jù)硫元素守恒計(jì)算得到．

解答 解：（1）4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S═2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O反應(yīng)硫單質(zhì)中硫元素化合價(jià)升高為+4價(jià)，硫酸根離子中硫元素化合價(jià)從+6價(jià)變化為+4價(jià)，還原劑是硫單質(zhì)，故答案為：S；
（2）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是利用硫酸鉀溶解度隨溫度變化不大，可以利用蒸發(fā)溶劑方法結(jié)晶析出晶體；故答案為：蒸發(fā)結(jié)晶；
（3）依據(jù)晶體晶胞結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合配位數(shù)含義可知，每個(gè)鋁原子和四個(gè)單原子相連，所以鋁原子的配位數(shù)為4，故答案為：4；
（4）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時(shí)NiO（OH）轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂，鋁做負(fù)極失電子在氫氧化鈉溶液中生成偏鋁酸鈉，反應(yīng)化學(xué)方程式為：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂ ，故答案為：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂；
（5）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197kJ/molⅠ
H₂O（g）?H₂O（l）△H₂=-44kJ/molⅡ
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ/molⅢ
依據(jù)蓋斯定律Ⅲ-Ⅰ-2×Ⅱ得到：2SO₃（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l）△H=-260kJ/mol；
即反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol；
948 t明礬生成SO₂物質(zhì)的量為4500mol，故生成硫酸的質(zhì)量m=4500×0.96×98÷0.98=432000kg=432t；
故答案為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol；432．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備，為高考常見(jiàn)題型，題目難度中等，涉及氧化還原反應(yīng)概念分析判斷、晶體結(jié)構(gòu)的理解、原電池的應(yīng)用、熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算、元素守恒的計(jì)算，試題有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力，提高學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>