题目内容
【题目】从明矾[KAl(SO4)2·12H2O]制备Al、K2SO4和H2SO4的流程如下:
明矾焙烧的化学方程式为:4KAl(SO4)2·12H2O+3S2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O
请回答下列问题:
(1)在焙烧明矾的反应中,氧化剂是_________________。
(2)步骤②中,为提高浸出率,可采取的措施有_____________。
A.粉碎固体混合物 B.降低温度 C.不断搅拌 D.缩短浸泡时间
(3)从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体的方法是__________。
(4)步骤③电解的化学方程式是_______________,电解池的电极是用碳素材料做成,电解过程中,阳极材料需要定期更换,原因是:_________。
(5)以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,则该电池的正极电极反应式是_________________________________。
(6)焙烧a吨明矾(摩尔质量为b g/mol),若SO2的转化率为96%,可生产质量分数为98%的H2SO4质量为______________________吨(列出计算表达式)。
【答案】KAl(SO4)2·12H2O AC 蒸发结晶 阳极中碳被氧化成CO2(CO) NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH- 或
【解析】
(1)反应4KAl(SO4)2·12H2O+3S2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O中,明矾中部分S元素的化合价由+6价降为+4价,S单质中S的化合价由0价升至+4价,因此反应中的氧化剂是明矾(KAl(SO4)2·12H2O),还原剂是单质S。
(2)步骤②是水浸明矾焙烧后的固体混合物,因此要提高浸出率,往往需要增大接触面积、充分溶解,因此粉碎固体混合物、不断搅拌都是可行的,答案选AC。
(3)焙烧后的固体混合物是K2SO4和Al2O3,水浸后的溶液则是易溶于水的K2SO4溶液,从硫酸钾溶液中获得K2SO4晶体的方法是:蒸发结晶。
(4)电解熔融氧化铝制备铝单质,反应方程式为;在电解过程中阴极得到单质铝,阳极得到O2,由于阳极电极材料是C单质,所以在高温环境下,碳素材料会被氧气氧化为CO或CO2,从而导致阳极碳素电极受损,要定期更换。
(5)以Al和NiO(OH)为电极构成的碱性电池,单质Al做负极,NiO(OH)为正极,放电时正极得到电子被还原,从Ni的化合价变化可以得出得失电子数目,所以充分运用电荷守恒、原子守恒,再结合反应环境可以得正极的电极反应式为NiO(OH)+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-。
(6)n[KAl(SO4)2·12H2O]=mol,根据方程式4KAl(SO4)2·12H2O+3S2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O,明矾煅烧生成的n(SO2)= n[KAl(SO4)2·12H2O]=×mol,根据S守恒,生成的硫酸物质的量n(H2SO4)=×mol×96%,则生产质量分数为98%的H2SO4的质量×mol×96%÷98%×98g/mol=g=吨。