Question

2．高纯氧化铝可用于制高压钠灯的陶瓷管．实验室制取高纯氧化铝的流程如下：

（1）“除杂”操作是加入适量过氧化氢，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的少量Fe²⁺．检验Fe²⁺已除尽的实验操作是取少量除杂后的滤液，加适量H₂O₂溶液，振荡，滴加KSCN溶液，若无明显现象，说明Fe²⁺已除尽．
（2）通常条件下，K_SP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，除杂后溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-20mol/L．
（3）配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的是目的是抑制Al³⁺水解．
（4）“结晶”操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层的结晶为止，冷却结晶，得到铵明矾（含结晶水）．母液不能蒸干的原因是减少可溶性杂质的析出及Al³⁺水解．
（5）“分离”操作名称是c（填字母代号）a．蒸馏     b．分液    c．过滤
（6）测定铵明矾组成的方法是：
a．称取0.906g铵明矾样品，高温灼烧，得Al₂O₃残留固体0.102g；
b．称取0.906g铵明矾样品，用适量蒸馏水溶解，再加入稍过量的BaCl₂溶液，经静置、过滤、洗净，得BaSO₄0.932g；
c．称取0.906g样品，加入足量的NaOH溶液，加热，产生气体依次通过碱石灰和浓硫酸，浓硫酸增重0.0340g．则铵明矾的化学式为NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O．
（7）有同学认为，第（6）问测定铵明矾组成的方法a、b、c三个试验中，有一个实验不必实施也能推导出铵明矾的化学式，您认为合理吗？若合理，请在下列空格写出不必实施的实验代号（即填上a、b、c其中的一个）；若不合理，则在下列空格填上“不合理”，你的结论是a或c．

Answer 1

分析 （1）取样，加适量H₂O₂溶液，滴加KSCN溶液，若无明显现象，说明Fe²⁺已除尽；
（2）根据氢氧化铁的溶度积及PH=8计算出铁离子浓度；
（3）铝离子在溶液中能够发生水解生成氢氧化铝；
（4）蒸干会析出可溶性杂质的析出，且Al³⁺水解程度增大；
（5）将晶体与溶液分离的操作是过滤；
（6）根据题中数据，计算出铝元素质量、硫酸根离子质量，再根据总质量计算出水的质量，最后计算出铵明矾的化学式；
（7）依据电荷守恒可以计算另一种离子物质的量分析．

解答 解：（1）检验Fe²⁺是否除尽的实验操作是：取少量除杂后的滤液，加适量H₂O₂溶液，振荡，滴加KSCN溶液，若无明显现象，说明Fe²⁺已除尽，
故答案为：取少量除杂后的滤液，加适量H₂O₂溶液，振荡，滴加KSCN溶液，若无明显现象，说明Fe²⁺已除尽；
（2）K_SP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，PH=8，溶液中氢氧根离子浓度为：1×10^-6mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1×1{0}^{-6}）^{3}}$mol/L=4.0×10^-20mol/L，
故答案为：4.0×10^-20mol/L；
（3）由于铝离子在溶液中能够发生水解生成氢氧化铝，所以加入硫酸酸化，抑制了铝离子的水解，
故答案为：抑制Al³⁺水解；
（4）由于蒸干会析出可溶性杂质的析出，且Al³⁺水解程度增大，所以母液不能蒸干，
故答案为：减少可溶性杂质的析出及Al³⁺水解；
（5）通过过滤，将硫酸铝晶体从溶液中分离，所以c正确；
故答案为：c；
（6）a．称取0.906g铵明矾样品，高温灼烧，得Al₂O₃残留固体0.1020g，氧化铝的物质的量为：$\frac{0.1020}{102}$mol=0.001mol，含有0.002mol铝离子，质量为0.054g
b．称取0.906g铵明矾样品，用适量蒸馏水溶解，再加入稍过量的BaCl₂溶液，经陈化、过滤、灰化，得BaSO₄0.932g；硫酸钡的物质的量为：$\frac{0.932g}{233g/mol}$=0.004mol，含有硫酸根离子的物质的量为0.004mol，质量为0.384g，
c．称取0.906g样品，加入足量的NaOH溶液，加热，产生气体依次通过碱石灰和浓硫酸，浓硫酸增重0.0340g，浓硫酸增重的质量为氨气质量，氨气的物质的量为：$\frac{0.0340}{17}$mol=0.002mol，铵离子的物质的量为0.002mol，质量为0.036g，
0.906g样品中，含有水的质量为：0.906g-0.054-0.384-0.036=0.432g，水的物质的量为：$\frac{0.432g}{18g/mol}$mol=0.024mol，
n（NH₄⁺）：n（Al³⁺）：n（SO₄^2-））：n（H₂O）=0.002：0.002：0.004：0.024=1：1：2：12，
所以铵明矾的化学式：NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O
故答案为：NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O；
（7）第（6）问测定铵明矾组成的方法a、b、c三个试验中，有一个实验不必实施也能推导出铵明矾的化学式，合理，铵根离子和氯离子只需测定一种，按照电荷守恒计算另一种阳离子的物质的量，所以合理，填a或c，
故答案为：a或c．

点评 本题考查工艺流程、离子检验、盐类水解、对条件的控制选择、物质的分离提纯等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．