Question

17．某研究性學習小組模擬工業(yè)生產過程進行試驗．請回答下列問題：
（1）用如圖所示的裝置向500-600℃的鐵屑中通入氯氣制取無水氯化鐵的實驗中，實驗開始前應如何檢查裝置的氣密性．
（2）用如圖所示的裝置向熾熱鐵屑中通入氯化氫制取無水氯化亞鐵的實驗中，裝置A用來制取．若仍用D的裝置進行尾氣處理，存在的問題是易發(fā)生倒吸，缺少防止水蒸汽進入C中裝置、通入氯化氫（趕盡裝置中的空氣）．
若操作不當，制得的FeCl₂會含有少量FeCl₃．欲制得純凈的FeCl₂，在實驗操作中應先，再點燃C處的酒精燈．
（3）從明礬[KAl（SO₄）₂•12H₂O]制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程如下．

①反應①的化學方程式是4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O．
②從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發(fā)、結晶．步驟③的化學方程式是2Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃電解}$4Al+3O₂↑；．
③焙燒a噸明礬（摩爾質量為b g/mol），若SO₂的轉化率為96%，可生產質量分數(shù)為98%的H₂SO₄質量為$\frac{216a}$噸（列出計算表達式）．

Answer 1

分析 （1）裝置氣密性檢驗的原理是：通過氣體發(fā)生器與附設的液體構成封閉體系，依據(jù)改變體系內壓強時產生的現(xiàn)象（如氣泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）來判斷裝置氣密性的好壞；
（2）制取無水氯化亞鐵，需要HCl氣體，尾氣的成分是剩余HCl和生成的氫氣，HCl極易溶解于水，缺少防止水蒸汽進入C中裝置，氫氣不能溶于水；若要制取純凈的FeCl₂，需先點燃A處的酒精燈排除裝置中的空氣，再點燃C處的酒精燈；
（3）從明礬[KAl（SO₄）₂•12H₂O]制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程：過程①明礬和硫焙燒，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；過程②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)結晶得到K₂SO₄晶體，步驟③電解Al₂O₃，制得Al．
①“焙燒”過程中得到SO₂與固體混合物，而固體混合物進行水浸，過濾得到Al₂O₃與K₂SO₄，則焙燒”過程中得到SO₂、Al₂O₃、K₂SO₄，同時有水生成，配平是化學方程式；
②從溶液中獲得晶體，需要經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等操作；步驟③為氧化鋁電解生成鋁和氧氣；
③將SO₂的利用率轉化為KAl（SO₄）₂•12H₂O的利用率，由焙燒”過程中反應方程式，及硫元素守恒，可得關系式：4KAl（SO₄）₂•12H₂O～9H₂SO₄，據(jù)此計算．

解答 解：（1）裝置氣密性檢驗的原理是：通過氣體發(fā)生器與附設的液體構成封閉體系，改變體系內壓強，生成氣泡或形成水柱是常用的方法，所以圖1裝置，檢查裝置的氣密性，把B、D中導管下端浸入水中，用灑精燈給燒瓶微熱，看到B、D中導管下口有氣泡冒出，停止加熱后，有一段穩(wěn)定的水柱，說明裝置不漏氣，
故答案為：把B、D中導管下端浸入水中，用灑精燈給燒瓶微熱，看到B、D中導管下口有氣泡冒出，停止加熱后，有一段穩(wěn)定的水柱，說明裝置不漏氣；
（2）制取無水氯化亞鐵，需要HCl氣體，故A裝置制取的是HCl，反應方程式為：Fe+2HCl$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$FeCl₂+H₂，故尾氣的成分為未反應的HCl和生成的氫氣，由于HCl極易溶于水，故若仍然采用D裝置進行尾氣處理，很容易造成倒吸，且缺少防止水蒸汽進入C中裝置，氫氣不溶于水，不利于氫氣的吸收，氫氣易燃，造成安全隱患，若要制取純凈的FeCl₂，需先排凈裝置中的空氣，防止在加熱時Fe與O₂反應，故先點燃A處的酒精燈，再點燃C處的酒精燈，
故答案為：HCl； 易發(fā)生倒吸，缺少防止水蒸汽進入C中裝置； 通入氯化氫（趕盡裝置中的空氣）；
（3）①“焙燒”過程中得到SO₂與固體混合物，而固體混合物進行水浸，過濾得到Al₂O₃與K₂SO₄，則焙燒”過程中得到SO₂、Al₂O₃、K₂SO₄，同時有水生成，發(fā)生反應為：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+2K₂SO₄+9SO₂↑+48H₂O，
故答案為：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O；
②從溶液中獲得晶體，需要經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等操作，步驟③為電解氧化鋁，氧化鋁熔點高，用冰晶石作助熔劑，電解氧化鋁生成鋁和氧氣，反應為：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃電解}$4Al+3O₂↑，
故答案為：蒸發(fā)、結晶；2Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃電解}$4Al+3O₂↑；
③設可生產x噸質量分數(shù)為98%的硫酸，則：
4KAl（SO₄）₂•12H₂O～9H₂SO₄，
4×b              9×98
at×96%          xt×98%    解得：x=$\frac{216a}$，
故答案為：$\frac{216a}$．

點評 本題以氯化鐵以及氯化亞鐵、Al、K₂SO₄和H₂SO₄制取為載體，考查的是實驗室中氯氣的制取方法、常見尾氣的處理方法以及鐵離子的檢驗等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，題目難度中等．