Question

明礬石主要成份是KAl（SO₄）₂，還含有FeO、Fe₂O₃、SiO₂雜質(zhì)，工業(yè)為了獲取明礬[KAl（SO₄）₂、12H₂O]，首先選礦，再用過量稀H₂SO₄處理礦石，過濾除去濾渣，再向濾液中加入H₂O₂溶液，調(diào)節(jié)溶液PH=4.5左右，過濾，再將濾液進(jìn)行處理獲取純凈明礬，將所得明礬進(jìn)行如下流程處理，制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄．







請回答下列問題：
（1）實驗室將K₂SO₄溶液制備K₂SO₄晶體，使用瓷器是

 

，制得晶體的方法是

 

．
（2）配平下列反應(yīng)化學(xué)方程式：

 

KAl（SO₄）₂?12H₂O+

 

 S

焙燒  .

 

   K₂SO₄+

 

  Al₂O₃+

 

 SO₂+

 

 H₂O
（3）明礬石用稀H₂SO₄處理后的濾液中，加入H₂O₂調(diào)節(jié)PH=4.5的目的是

 

．并寫出加入H₂O₂的離子反應(yīng)方程式

 

．
（4）用冶煉制得的Al和NiO（OH）₂為電極，NaOH溶液為電解質(zhì)溶液，生產(chǎn)一種新型鋁鎳充電電池，電池放電時，兩極都生成金屬氫氧化物，電池總反應(yīng)方程式是

 

，充電時，陽極電極反應(yīng)式是

 

．
（5）焙燒產(chǎn)生的SO₂可用于制H₂SO₄，已知25°C，101kPa時：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197KJ/mol
H₂O（g）?H₂O（l）△H₂=-44KJ/mol
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=-545KJ/mol
則SO₃（g）與H₂O（l）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是

 

．
（6）焙燒2370t明礬（M=474g/mol），若SO₂利用率為96%，結(jié)晶水利用率為100%，生產(chǎn)的SO₃用結(jié)晶水吸收，則所得H₂SO₄溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

 

（保留一位小數(shù)）．

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,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,電解原理

專題：

分析：明礬石主要成份是KAl（SO₄）₂，還含有FeO、Fe₂O₃、SiO₂雜質(zhì)，首先選礦，再用過量稀H₂SO₄處理礦石，F(xiàn)eO、Fe₂O₃溶于稀硫酸，SiO₂不溶，過濾除去濾渣，再向濾液中加入H₂O₂溶液，亞鐵離子被氧化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH=4.5左右，鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾，再將濾液進(jìn)行處理獲取純凈明礬，將所得明礬，加S焙燒，生成二氧化硫、水和固體化合物，固體化合物中含有K₂SO₄、Al₂O₃，水浸，K₂SO₄溶于水形成溶液，過濾得到Al₂O₃，再電解得到Al；
（1）K₂SO₄溶液制備K₂SO₄晶體，在蒸發(fā)皿中蒸發(fā)掉溶劑即可；
（2）反應(yīng)物KAl（SO₄）₂?12H₂O中S元素從+6價降低到+4價，單質(zhì)S中化合價從0價升高到+4價，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒配平；
（3）H₂O₂能把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺易水解生成氫氧化鐵沉淀；
（4）Al和NiO（OH）₂為電極，NaOH溶液為電解質(zhì)溶液，發(fā)生原電池反應(yīng)生成Ni（OH）₂和Al（OH）₃；充電時，陽極上Ni（OH）₂失電子轉(zhuǎn)化為NiO（OH）₂；
（5）利用蓋斯定律，將熱化學(xué)方程式進(jìn)行運算，計算反應(yīng)的焓變；
（6）依據(jù)硫元素守恒計算得到硫酸的質(zhì)量，硫酸的質(zhì)量除以硫酸和水的總質(zhì)量即是H₂SO₄溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答： 解：明礬石主要成份是KAl（SO₄）₂，還含有FeO、Fe₂O₃、SiO₂雜質(zhì)，首先選礦，再用過量稀H₂SO₄處理礦石，F(xiàn)eO、Fe₂O₃溶于稀硫酸，SiO₂不溶，過濾除去濾渣，再向濾液中加入H₂O₂溶液，亞鐵離子被氧化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH=4.5左右，鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾，再將濾液進(jìn)行處理獲取純凈明礬，將所得明礬，加S焙燒，生成二氧化硫、水和固體化合物，固體化合物中含有K₂SO₄、Al₂O₃，水浸，K₂SO₄溶于水形成溶液，過濾得到Al₂O₃，再電解得到Al；
（1）K₂SO₄溶液制備K₂SO₄晶體，在蒸發(fā)皿中蒸發(fā)掉溶劑即可，所以用到的瓷器是蒸發(fā)皿，K₂SO₄在溶液中不水解，受熱不分解，所以直接加熱蒸干即可；
故答案為：蒸發(fā)皿；加熱蒸干；
（2）反應(yīng)物KAl（SO₄）₂?12H₂O中S元素從+6價降低到+4價，則降低了2價，單質(zhì)S中化合價從0價升高到+4價，升高了4價，由得失電子守恒和原子守恒配平為：4KAl（SO₄）₂?12H₂O+3S

焙燒  .

2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O；
故答案為：4，3，2，2，9，48；
（3）H₂O₂能把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺易水解生成氫氧化鐵沉淀，所以加入H₂O₂調(diào)節(jié)PH=4.5可以將Fe²⁺完全氧化成Fe³⁺，有利于Fe³⁺完全水解生成Fe（OH）₃沉淀而除去，雙氧水與亞亞鐵離子反應(yīng)生成鐵離子和水的離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺；
故答案為：將Fe²⁺完全氧化成Fe³⁺，有利于Fe³⁺完全水解生成Fe（OH）₃沉淀而除去；H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺；
（4）Al和NiO（OH）₂為電極，NaOH溶液為電解質(zhì)溶液，發(fā)生原電池反應(yīng)生成Ni（OH）₂和Al（OH）₃，則電池總反應(yīng)方程式是3NiO（OH）+Al+3H₂O=3Ni（OH）₂+Al（OH）₃；充電時，陽極上Ni（OH）₂失電子轉(zhuǎn)化為NiO（OH）₂，則陽極的電極反應(yīng)式為：Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO（OH）₂+H₂O；
故答案為：3NiO（OH）+Al+3H₂O=3Ni（OH）₂+Al（OH）₃；Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO（OH）₂+H₂O；
（5）2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol ①
2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=-88kJ/mol ②
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol③
利用蓋斯定律：（③-①-②）×

1

2

得SO₃ （g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol，
SO₃（g） ）+H₂O（g）=H₂SO₄（l）△H₃=-130kJ/mol，
故答案為：SO₃（g） ）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H₃=-130kJ/mol；
（6）4KAl（SO₄）₂?12H₂O～9SO₂～24H₂O           SO₂～H₂O～H₂SO₄
     4×474            9×64   48×18          64      18      98 
     2370t              xt     yt             x×96%   wt       zt 
解得：x=720，y=1080，w=194.4，z=1058.4，
則H₂SO₄溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

1058.4

1058.4+1080-194.4

×100%=54.4%；
故答案為：54.4%．

點評：本題考查了氧化還原反應(yīng)、實驗基本操作、原電池電池和電解池反應(yīng)方程式、熱化學(xué)方程式、計算等，側(cè)重于考查考生框圖推斷能力、分析計算能力、知識應(yīng)用能力，試題難度較大．