Question

明礬石的主要成分是K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃?6H₂O，還含有少量Fe₂O₃雜質(zhì)．利用明礬石制備氫氧化鋁的流程如圖：

（1）焙燒爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S

高溫  .

2Al₂O₃+9SO₂，該反應(yīng)的氧化劑是

 

，若生成1mol Al₂O₃，則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為

 

．
（2）將標(biāo)況下1.12L爐氣通入100mL 0.5mol?L^-1 NaOH溶液中，得到一種酸性溶液，則該溶液中各種離子濃度由大到小的排列順序為

 

．
（3）熟料溶解時反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（4）母液中溶質(zhì)主要成分的化學(xué)式為

 

，溶液調(diào)節(jié)pH后經(jīng)過濾、洗滌可得Al（OH）₃沉淀，證明沉淀已洗滌干凈的實驗操作和現(xiàn)象是

 

．

Answer 1

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

專題：實驗設(shè)計題

分析：焙燒爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S

高溫  .

2Al₂O₃+9SO₂，故生成爐氣中含二氧化硫，熟料中含氧化鋁、氧化鐵、硫酸鉀等，加入氫氧化鈉和水，
氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不反應(yīng)，過濾，濾渣中含氧化鐵，濾液中含偏鋁酸鈉和硫酸鉀、氫氧化鈉等；用硫酸調(diào)節(jié)pH，得到氫氧化鋁沉淀和硫酸鈉、硫酸鉀，過濾得母液中含硫酸鉀、硫酸鈉溶質(zhì)．
（1）所含元素化合價降低的反應(yīng)物是氧化劑；
反應(yīng)中硫單質(zhì)中硫元素化合價由0價升高為SO₂中+4價，硫單質(zhì)為還原劑，計算生成1molAl₂O₃需要硫的物質(zhì)的量，轉(zhuǎn)移電子是硫單質(zhì)的4倍，再根據(jù)N=nN_A轉(zhuǎn)移電子數(shù)目；
（2）根據(jù)n=

V

Vm

計算二氧化硫的物質(zhì)的量，根據(jù)n（SO₂）：n（NaOH）確定反應(yīng)產(chǎn)物，再結(jié)合溶液呈酸性進(jìn)行判斷；
（3）由工藝流程可知，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉；
（4）由工藝流程可知，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、Na⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸調(diào)PH值，AlO₂^-轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，母液中離子主要有K⁺、Na⁺、SO₄^2-，據(jù)此判斷；Al（OH）₃沉淀具有吸附性，可吸附硫酸根離子，通過檢驗硫酸根離子的方法進(jìn)行實驗．

解答： 解：（1）反應(yīng)中硫元素化合價由Al₂（SO₄）₃中+6價降低為SO₂中+4價，故Al₂（SO₄）₃是氧化劑，反應(yīng)中硫單質(zhì)中硫元素化合價由0價升高為SO₂中+4價，硫單質(zhì)為還原劑，生成1molAl₂O₃需要硫的物質(zhì)的量為1mol×

3

2

=1.5mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1.5mol×4=6mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為6mol×6.02×10²³mol^-1=3.612×10²⁴，
故答案為：Al₂（SO₄）₃；3.612×10²⁴；
（2）1.12L二氧化硫的物質(zhì)的量為

1.12L

22.4L/mol

=0.05mol，n（NaOH）=0.1L×0.5mol/L=0.05mol，n（SO₂）：n（NaOH）=0.05mol：0.05mol=1：1，故反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)為NaHSO₃，溶液呈酸性，說明HSO₃^-的電離程度大于水解程度，同時水電離生成氫離子，故c（H⁺）＞c（SO₃^2-），HSO₃^-電離程度不大，故c（HSO₃^-）＞c（H⁺），溶液c（OH^-）等于水電離生成，濃度很小，故溶液中離子濃度由大到小的排列順序為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）；
（3）由工藝流程可知，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（4）由工藝流程可知，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、Na⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸調(diào)PH值，AlO₂^-轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，母液中離子主要有K⁺、Na⁺、SO₄^2-，含有溶質(zhì)為K₂SO₄、Na₂SO₄；Al（OH）₃沉淀具有吸附性，可吸附硫酸根離子，通過檢驗硫酸根離子的方法進(jìn)行實驗，方法為取最后一次洗滌的流出液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成則已洗滌干凈，
故答案為：K₂SO₄、Na₂SO₄；取最后一次洗滌的流出液于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成則已洗滌干凈．

點評：本題考查學(xué)生對工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、離子濃度大小比較、離子檢驗、實驗方案設(shè)計等，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與靈活運用能力，題目難度中等．（2）中注意先根據(jù)計算確定反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)．