Question

14．为保护环境，节约资源，某研究性学习小组探究用易拽罐制取明矾[KAl（SO₄）₂•12H₂O]．
查阅资料得知：朗矾溶于水，不溶于乙醇：易拉罐主要成分为铝，另含有镁、铁等．
实验步骤如下：
步骤1、将易拉罐剪开，裁成铝片．用砂纸磨去表面的油漆，颜料及透明塑胶内衬：
步骤2、制备NaAlO₂
称量1g上述处理过的铝片，切碎，分数次放入盛有40mL5% NaOH溶液的烧杯中：将烧杯置于热水浴中加热．反应完毕后，溶液呈灰黑色浑浊，趁热过滤．
步骤3、氢氧化铝的生成和洗涤
在所得滤液中滴加3mol•L^-1H₂SO₄溶液，用pH试纸检验，调节pH至8～9为止：此时溶液中生成大量的白色氢氧化铝沉淀，过滤，并用热蒸馏水多次洗涤沉淀
步骤4、明矾的制备
将过滤后所得氢氧化铝沉淀转入蒸发皿中，加10mL 9mol/L H₂SO₄，再加15mL水，小火加热使其溶解，加入4g硫酸钾继续加热至溶解，将所得溶液在空气中自然冷却，待结晶完全后，过滤，用无水酒精洗涤晶体两次；将晶体用滤纸吸干，制得明矾．
回答以下问题：
（1）步骤2中铝片溶于烧碱的反应建议在通风橱中进行，用热水浴加热，避免明火，原因是反应中生成的氢气遇到明火易爆炸；过滤后，滤渣的主要成分是镁、铁等．
（2）步骤3中，若调节pH过低，导致的结果是部分氢氧化铝溶解；洗涤氢氧化铝沉淀的方法是用布氏漏斗抽滤，并用热水洗涤沉淀．
（3）步骤4中用到的主要仪器是：铁架台（带铁圈），蒸发皿、量筒、漏斗、烧杯、酒精灯和玻璃棒；加入硫酸钾后制取明矾的化学反应方程式是Al₂（SO₄）₃+K₂SO₄+24H₂O=2KAl（SO₄）₂•12H₂O．
（4）不用水而用无水酒精洗涤明矾晶体的原因是明矾易溶于水、不溶于无水酒精．
（5）实验验证明矾晶体中含有SO^2-₄离子的方法是取少量明矾溶于水，先加入盐酸，无现象，再加入氯化钡溶液生成白色沉淀．
（6）该实验制得明矾15.8g，则称取的1g铝片中铝元素含量不低于90%．

Answer 1

分析 （1）铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，生成的氢气为可燃气体，遇到明火易发生爆炸；根据“易拉罐主要成分为铝，另含有镁、铁等”分析滤渣的主要成分；
（2）若溶液pH过低，氢氧化铝会与氢离子反应生成铝离子；将氢氧化铝沉淀放入过滤装置中反复用水冲洗；
（3）溶解氢氧化铝和硫酸钾固体的过程中需要用玻璃棒搅拌；硫酸铝、硫酸钾和水反应生成KAl（SO₄）₂•12H₂O，据此写出反应的方程式；
（4）明矾能够溶于水，不溶于无水酒精，据此进行判断；
（5）检验SO₄^2-，可先加入盐酸，无现象，再加入氯化钡溶液观察是否有沉淀生成；
（6）根据n=$\frac{m}{M}$计算出明矾的物质的量，再根据质量守恒定律计算出需要铝的质量，最后计算出铝片中铝元素的最低百分含量．

解答 解：（1）骤2中铝片溶于烧碱的反应建议在通风橱中进行，用热水浴加热，避免明火，原因是铝与氢氧化钠溶液反应生成可燃性气体氢气，若用灭火容易发生爆炸现象；
易拉罐主要成分为铝，另含有镁、铁等，镁、铁等杂志不与氢氧化钠溶液反应，所以滤渣的主要成分为镁、铁等，
故答案为：反应中生成的氢气遇到明火易爆炸；镁、铁等；
（2）氢氧化铝为两性氢氧化物，步骤3中若调节pH过低，会导致部分氢氧化铝溶解；洗涤氢氧化铝沉淀的方法是：用布氏漏斗抽滤，并用热水洗涤沉淀，
故答案为：部分氢氧化铝溶解；用布氏漏斗抽滤，并用热水洗涤沉淀；
（3）过滤后所得氢氧化铝沉淀转入蒸发皿中，加10mL 9mol/L H₂SO₄，再加15mL水，小火加热使其溶解，加入4g硫酸钾继续加热至溶解，在溶解的过程中都需要使用玻璃棒，所以还缺少的仪器为玻璃棒；加入硫酸钾后制取明矾的化学反应方程式为：Al₂（SO₄）₃+K₂SO₄+24H₂O=2KAl（SO₄）₂•12H₂O，
故答案为：Al₂（SO₄）₃+K₂SO₄+24H₂O=2KAl（SO₄）₂•12H₂O；
（4）由于明矾溶于水、不溶于无水酒精，所以用无水酒精洗涤明矾晶体而不能使用水洗涤；
故答案为：明矾易溶于水、不溶于无水酒精；
（5）检验SO₄^2-的方法为：取少量明矾溶于水，先加入盐酸，无现象，再加入氯化钡溶液生成白色沉淀，证明明矾中存在硫酸根离子，
故答案为：取少量明矾溶于水，先加入盐酸，无现象，再加入氯化钡溶液生成白色沉淀，证明明矾中存在硫酸根离子；
（6）该实验制得明矾15.8g，明矾的物质的量为：$\frac{15.8g}{474g/mol}$=$\frac{1}{30}$mol，根据质量守恒，制备15.8g明矾需要金属铝的质量为：27g/mol×$\frac{1}{30}$mol=0.9g，
由于制备过程中会有损失的铝元素，则称取的1g铝片中铝元素含量不低于：$\frac{0.9g}{1g}$×100%=90%，
故答案为：90．

点评 本题考查了物质制备方案的设计、化学实验基本操作方法及其综合应用，题目难度中等，明确制备原理为解答根据，注意掌握化学实验基本操作方法，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．