Question

【题目】明矾石的主要成分是K2SO4·Al2(SO4)3·2Al2O3·6H2O，含有少量氧化铁，利用明矾石制备K2SO4的工艺流程如图所示：

据此流程图回答下列问题：

(1)①焙烧炉中Al2(SO4)3与S反应的产物是两种氧化物，该反应的化学方程式为______；写出炉气的一种用途________。

(2)②中Al2O3参与反应的离子方程式为__________。

(3)③中调节pH不能用CO2的理由是____________________。

(4)工业冶炼金属铝需要定期更换补充阳极碳块的原因是__________________。

(5)纯净氢氧化铝经历两次__________________(填反应类型)可制得铝。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，该电池负极的电极反应式是__________________。

(6)现有明矾石1 625 t，按上述流程制得780 t Al(OH)3，忽略铝元素的损失，请计算明矾石中钾元素的质量分数为____________%。

Answer 1

【答案】2Al2(SO4)3＋3S2Al2O3＋9SO2↑ 用于工业制硫酸 Al2O3＋2OH－===2＋H2O ③中调节pH不能用CO2，因为偏铝酸钾与二氧化碳反应会生成碳酸钾，使制备的K2SO4中有杂质 阳极会产生氧气，阳极的碳块在高温时会与氧气反应 分解反应 Al－3e－＋4OH－===＋2H2O 8

【解析】

根据题中工业流程可知，明矾石与硫在加热的条件下生成二氧化硫和氧化铝，所以炉气中主要有二氧化硫，熟料中主要是氧化铝，氧化铝溶解在氢氧化钾溶液中，得到偏铝酸钾溶液，用稀硫酸调节PH值，可得氢氧化铝沉淀和硫酸钾溶液，从硫酸钾溶液中可得硫酸钾晶体，据此答题。

(1)①焙烧炉中Al2(SO4)3与S反应的产物是两种氧化物，反应的化学方程式为2Al2(SO4)3+3S 2Al2O3+9SO2，炉气的主要成份是二氧化硫，其一种用途为用于工业制硫酸，故答案为：2Al2(SO4)3+3S 2Al2O3+9SO2；用于工业制硫酸；
(2)反应②为Al2O3与氢氧化钾的反应，反应的离子方程式为Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O，故答案为：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O；
(3)③中调节pH不能用CO2，因为偏铝酸钾与二氧化碳反应会生成碳酸钾，使制备的K2SO4中有杂质，故答案为：偏铝酸钾与二氧化碳反应会生成碳酸钾，使制备的K2SO4中有杂质；
(4)工业冶炼金属铝是用电解熔融的氧化铝的方法，阳极会产生氧气，阳极的碳块在高温时会与氧气反应，所以要定期更换补充阳极碳块，
故答案为：阳极会产生氧气，阳极的碳块在高温时会与氧气反应；
(5)纯净氢氧化铝经过受热分解，再电解可制得铝，涉及的反应类型都是分解反应，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，充当电池的正极，铝发生氧化反应充当电池的负极，所以电池负极的电极反应式是Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O，故答案为：分解反应；Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O；
(6)现有明矾石1625t，按上述流程制得780tAl(OH)3，根据明矾石的化学式K2SO4Al2(SO4)32Al2O36H2O可知，明矾石中铝元素与钾元素的物质的量之比为3：1，780tAl(OH)3中铝元素的物质的量为×106mol=1×107mol，所以钾元素的物质的量为×107mol，根据元素守恒可知，明矾石中钾元素的质量分数为 =0.08=8%，故答案为：8。