Question

【題目】隨著時代的發(fā)展，綠色環(huán)保理念越來越受到大家的認(rèn)同，變廢為寶是我們每一位公民應(yīng)該養(yǎng)成的意識。某同學(xué)嘗試用廢舊的鋁制易拉罐作為原材料、采用“氫氧化鋁法”制取明礬晶體并進(jìn)行一系列的性質(zhì)探究。

制取明礬晶體主要涉及到以下四個步驟：

第一步：鋁制品的溶解。取一定量鋁制品，置于250mL錐形瓶中，加入一定濃度和體積的強(qiáng)堿溶液，水浴加熱(約93℃)，待反應(yīng)完全后(不再有氫氣生成)，趁熱減壓抽濾，收集濾液于250mL燒杯中；

第二步：氫氧化鋁沉淀的生成。將濾液重新置于水浴鍋中，用3 mol/L H2SO4調(diào)節(jié)濾液pH至8～9，得到不溶性白色絮凝狀Al(OH)3，減壓抽濾得到沉淀；

第三步：硫酸鋁溶液的生成。將沉淀轉(zhuǎn)移至250mL燒杯中，邊加熱邊滴入一定濃度和體積的H2SO4溶液；

第四步：硫酸鋁鉀溶液的形成。待沉淀全部溶解后加入一定量的固體K2SO4，將得到的飽和澄清溶液冷卻降溫直至晶體全部析出，減壓抽濾、洗滌、抽干，獲得產(chǎn)品明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O，M＝474g/mol]。

回答下列問題：

(1)第一步鋁的溶解過程中涉及到的主要反應(yīng)的離子方程式為__________________________

(2)為了加快鋁制品的溶解，應(yīng)該對鋁制品進(jìn)行怎樣的預(yù)處理：________________________

(3)第四步操作中，為了保證產(chǎn)品的純度，同時又減少產(chǎn)品的損失，應(yīng)選擇下列溶液中的___(填選項字母)進(jìn)行洗滌，實(shí)驗效果最佳。

A.乙醇 B.飽和K2SO4溶液 C.蒸餾水 D.1：1乙醇水溶液

(4)為了測定所得明礬晶體的純度，進(jìn)行如下實(shí)驗操作：準(zhǔn)確稱取明礬晶體試樣4.0g于燒杯中，加入50mL 1mol/L鹽酸進(jìn)行溶解，將上述溶液轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，稀釋至刻度線，搖勻；移取25.00 mL溶液干250 mL錐形瓶中，加入30 mL 0.10mol/L EDTA－2Na標(biāo)準(zhǔn)溶液，再滴加幾滴2D二甲酚橙，此時溶液呈黃色；經(jīng)過后續(xù)一系列操作，最終用0.20 mol/L鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由黃色變?yōu)樽霞t色，達(dá)到滴定終點(diǎn)時，共消耗5.00 mL鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液。滴定原理為H2Y2－＋Al3＋→AlY－＋2H＋，H2Y2－(過量)＋Zn2＋→ZnY2－＋2H＋(注：H2Y2－表示EDTA－2Na標(biāo)準(zhǔn)溶液離子)。則所得明礬晶體的純度為_________%。

(5)明礬除了可以用作人們熟悉的凈水劑之外，還常用作部分食品的膨松劑，例如油條(餅)的制作過程需要加入一定量的明礬，請簡述明礬在面食制作過程作膨松劑的原理：_______

(6)為了探究明礬晶體的結(jié)晶水?dāng)?shù)目及分解產(chǎn)物，在N2氣流中進(jìn)行熱分解實(shí)驗，得到明礬晶體的熱分解曲線如圖所示(TG%代表的是分解后剩余固體質(zhì)量占樣品原始質(zhì)量的百分率，失重百分率＝×100%)：

根據(jù)TG曲線出現(xiàn)的平臺及失重百分率，30～270℃范圍內(nèi)，失重率約為45.57%，680～810℃范圍內(nèi)，失重百分率約為25.31%，總失重率約為70.88%，請分別寫出所涉及到30～270℃、680～810℃溫度范圍內(nèi)這兩個階段的熱分解方程式：___________、_____________

Answer 1

【答案】2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑ 用砂紙將廢舊鋁制易拉罐內(nèi)外表面打磨光滑，并剪成小片備用（其他合理答案也給分） D 94.8 明礬與小蘇打（NaHCO3）發(fā)生反應(yīng)（雙水解）：Al3++3HCO3－=Al(OH)3↓

+3CO2↑，產(chǎn)生大量CO2，使面食內(nèi)部體積迅速膨脹，形成較大空隙。 KAl(SO4)212H2OKAl(SO4)2+12H2O 2KAl(SO4)2K2SO4+Al2O3+3SO3↑

【解析】

（1）鋁與強(qiáng)堿溶液的反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣，寫出離子方程式；

（2）預(yù)處理需要去掉鋁表面的致密的氧化物保護(hù)膜；

（3）從減少產(chǎn)品損失考慮；

（4）根據(jù)題目信息及滴定原理可知，用EDTA-2Na的總量減去鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液對EDTA-2Na的消耗量，即可計算出樣品溶液中Al3+的物質(zhì)的量，間接算出明礬晶體的物質(zhì)的量和質(zhì)量，進(jìn)而求出明礬晶體的純度；

（5）從雙水解角度考慮；

（6）根據(jù)題目所給數(shù)據(jù)，確定第一個階段應(yīng)是脫掉結(jié)晶水；第二階段脫掉SO3；

（1）第一步鋁的溶解過程中主要發(fā)生鋁與強(qiáng)堿溶液的反應(yīng)，離子方程式為2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑；

答案：2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑

（2）鋁制品表面有氧化膜及包裝油漆噴繪等，打磨、剪成小片后可加快在強(qiáng)堿溶液中的溶解；

答案：用砂紙將廢舊鋁制易拉罐內(nèi)外表面打磨光滑，并剪成小片備用（其他合理答案也給分）

（3）所得明礬晶體所含的雜質(zhì)能溶于水，需用水洗滌，但為了減少產(chǎn)品的損失，應(yīng)控制水的比例，因此用1:1乙醇水溶液洗滌效果最佳；

答案：D

（4）根據(jù)題目信息及滴定原理可知，用EDTA-2Na的總量減去鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液對EDTA-2Na的消耗量，即可計算出樣品溶液中Al3+的物質(zhì)的量，間接算出明礬晶體的物質(zhì)的量和質(zhì)量，進(jìn)而求出明礬晶體的純度；

答案：94.8

（5）面食發(fā)酵過程中需要用到小蘇打（NaHCO3），NaHCO3與明礬發(fā)生雙水解反應(yīng)，產(chǎn)生CO2；

答案：明礬與小蘇打（NaHCO3）發(fā)生反應(yīng)（雙水解）：Al3++3HCO3－=Al(OH)3↓

+3CO2↑，產(chǎn)生大量CO2，使面食內(nèi)部體積迅速膨脹，形成較大空隙。

（6）根據(jù)題目所給數(shù)據(jù)，結(jié)合KAl(SO4)212H2O的化學(xué)式，可驗證出第一個階段應(yīng)是脫掉結(jié)晶水得到KAl(SO4)2；第二階段脫掉SO3，發(fā)生的是非氧化還原反應(yīng)，得到K2SO4和Al2O3；

答案：KAl(SO4)212H2OKAl(SO4)2+12H2O 2KAl(SO4)2K2SO4+Al2O3+3SO3↑