Question

從明礬[KAl（SO₄）₂?12H₂O]制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程如下：
明礬焙燒的化學方程式為：4KAl（SO₄）₂?12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O
請回答下列問題：
（1）在焙燒明礬的反應中，氧化劑是

 

．
（2）步驟②中，為提高浸出率，可采取的措施有

 

．
A．粉碎固體混合物　　　B．降低溫度C．不斷攪拌　　　　　　D．縮短浸泡時間
（3）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是

 

．
（4）步驟③電解的化學方程式是

 

，電解池的電極是用碳素材料做成，電解過程中，陽極材料需要定期更換，原因是：

 

．
（5）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NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，則該電池的正極電極反應式是

 

．
（6）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

 

噸（列出計算表達式）．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：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）依據化學方程式中元素化合價變化分析判斷，元素化合價降低的做氧化劑，元素化合價升高的做還原劑；（2）礦石的顆粒大小、溫度及是否攪拌等會影響浸取率；
（3）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體運用蒸發(fā)溶劑水的方法得到；
（4）步驟③電解Al₂O₃，制得Al，陽極材料需要定期地進行更換，原因是該極材料不斷被消耗；
（5）放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，Ni元素化合價降低，被還原，應為原電池正極反應；
（6）依據硫元素守恒計算得到．

解答： 解：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）4KAl（SO₄）₂?12H₂O+3S═2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O反應中，硫單質硫元素化合價0價，升高到SO₂中為+4價，硫酸根離子中硫元素化合價從+6價變化為SO₂中+4價，則S為還原劑，被氧化，KAl（SO₄）₂?12H₂O為氧化劑，被還原，
故答案為：KAl（SO₄）₂?12H₂O；
（2）由于酸浸時礦石顆粒大小影響浸取率，可以通過粉碎礦石提高浸取率，還可以適當升高溫度或者攪拌提高浸取率，
故答案為：AC；
（3）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體運用蒸發(fā)結晶的方法得到，需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，
故答案為：蒸發(fā)結晶；
（4）電解熔融氧化鋁，陽極氯離子放電生成氯氣，陰極是鋁離子放電生成鋁，反應的化學方程式為2Al₂O₃

冰晶石      .

970℃電解

4Al+3O₂↑，在冶煉過程中，陽極材料碳被氧氣氧化成一氧化碳，反應為C+O₂

高溫  .

CO₂或2C+O₂

高溫  .

2CO，所以需定期地進行更換，
故答案為：2Al₂O₃

冰晶石      .

970℃電解

4Al+3O₂↑；陽極中碳被氧化成CO₂（CO）；
（5）放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，Ni元素化合價降低，被還原，應為原電池正極反應，電極方程式為NiO（OH）+H₂O+e^-═Ni（OH）₂+OH^-，
故答案為：NiO（OH）+H₂O+e^-═Ni（OH）₂+OH^-；
（6）焙燒a噸明礬（摩爾質量為b g/mol），4KAl（SO₄）₂?12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O，生成SO₂物質的量為

a×106g

bg/mol

×

9mol

4mol

，SO₂ 的轉化率為96%，物質的量為

a×106g

bg/mol

×

9mol

4mol

×96%，可生產質量分數(shù)為98%的H₂SO₄質量為

a×106g/t

bg/mol

×

9mol

4mol

×96%×

98g/mol

98%×106g/t

=

9mol×98g/mol×96%×a

4mol×bg/mol×98%

=

216a

b

，
故答案為：

a×106g/t

bg/mol

×

9mol

4mol

×96%×

98g/mol

98%×106g/t

=

9mol×98g/mol×96%×a

4mol×bg/mol×98%

=

216a

b

．

點評：本題以鋁的化合物為載體考查了物質間的反應、物質的分離和提純等知識點，明確物質之間的反應是解本題關鍵，再結合原子守恒來分析解答，這種綜合性較強的題型是高考熱點，需利用基礎知識細心分析解答，題目難度中等．