Question

【题目】KAl(SO4)2·12H2O（明矾）是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐（主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质）制备明矾的过程如下图所示。

回答下列问题：

（1）为尽量少引入杂质，试剂①应选用NaOH溶液，若选用H2SO4溶液，其后果是________________________ 。

（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为____________________________；滤液A中的某种离子与NH4+、HCO3-均能反应生成沉淀B，该离子与NH4+反应的离子方程式为_____________________________________________。

（3）明矾与硫磺焙烧时发生反应的化学方程式为：KAl(SO4)2·12H2O+SK2SO4+Al2O3+SO2↑+H2O（未配平），配平后的化学计量数依次为___________________________；每生成67.2L标准状况下的SO2，转移电子的物质的量为________；焙烧产生的SO2经催化氧化、吸收等过程可制得硫酸，若SO2催化氧化时的转化率为96.0%，则理论上用该法生成硫酸时硫元素的总转化率为__________。

（4）实验室需要用1mol/L的KAl(SO4)2溶液225ml，用明矾配制用到的玻璃仪器有____________________________________。

Answer 1

【答案】 引入杂质Fe2+、Mg2+ 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ AlO2- + NH4+ +2H2O = Al(OH)3↓ + NH3·H2O （或AlO2- + NH4+ +H2O = Al(OH)3↓ + NH3↑） 4、3、2、2、9、48 4 mol 78.5% 烧杯 玻璃棒 250ml容量瓶 胶头滴管

【解析】（1）易拉罐（主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质），它们都是比较活泼的金属，都可以与酸发生反应，而Al可以与强碱溶液反应变为NaAlO2进入溶液，而Fe、Mg不能与碱发生反应，所以要以含Al的易拉罐为原料制取明矾，应该用强碱NaOH溶液溶解，若选用H2SO4溶液，Fe、Mg会与H2SO4反应生成Fe2+、Mg2+，其后果是引入杂质Fe2+、Mg2+。

（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑；

从流程图分析 ，可知沉淀B化学式为Al(OH)3 ，滤液A的主要成分是NaAlO2，向其水溶液中加入NH4HCO3溶液，AlO2-、NH4+发生盐的双水解反应，产生Al(OH)3沉淀和NH3·H2O，反应的方程式是AlO2-+2H2O+NH4+= Al(OH)3↓+NH3·H2O。

（3）该反应中，S元素的化合价由0价和+6价变为+4价，所以部分4KAl（SO4）212H2O作氧化剂（6个硫酸根被还原，2个硫酸根保持不变），硫作还原剂，还原剂和氧化剂的物质的量之比为3：3，故化学方程式配平后为：4KAl（SO4）212H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O，则配平后的化学计量数依次为4、3、2、2、9、48 。从化学方程式中可知，反应中共转移了12 mole-，生成9 mol SO2，故每生成67.2L标准状况下的SO2，转移电子的物质的量为（67.2L╳12 mol）÷(22.4 L/mol╳9)=4 mol 。据总反应可知，共有11个S（4KAl（SO4）212H2O+3S）参与反应生成9 SO2，若SO2催化氧化时的转化率为96.0%，则理论上用该法生成硫酸时硫元素的总转化率为：9÷11╳96.0%=78.5% 。

（4）实验室没有225mL容量瓶，所以选择250mL容量瓶，操作步骤有计算、称量、溶解、移液、洗涤移液、定容、摇匀等操作，一般用托盘天平称量，用药匙取用药品，在烧杯中溶解，用玻璃棒搅拌，加速溶解，恢复室温后转移到500mL容量瓶中，并用玻璃棒引流，洗涤2-3次，并将洗涤液移入容量瓶中，当加水至液面距离刻度线1～2cm时，改用胶头滴管滴加，最后定容颠倒摇匀．所以需要的仪器有托盘天平、烧杯、500ml的容量瓶、胶头滴管、药匙，配制用到的玻璃仪器有烧杯 玻璃棒 250ml容量瓶 胶头滴管。