Question

18．纳米氧化铝在陶瓷、电子、生物医药等方面有广泛的用途，它可通过硫酸铝铵晶体热分解得到[已知：硫酸铝铵晶体的化学式为Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O，相对分子质量为906．制备硫酸铝铵晶体的实验流程如图：

（1）H₂O₂氧化FeSO₄的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（2）加入氨水的目的是沉淀杂质Fe³⁺，其化学反应方程式为Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O═2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄．
（3）若要保证产品的纯度，必须检验加入氨水后杂质是否除尽．其实验操作是：用试管取少量滤液，滴入2-3滴KSCN[或NH₄SCN]溶液，若溶液不变红色，则说明杂质已除净．
（4）上述流程中，“分离”所包含的操作依次为：蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥；请完成硫酸铝铵晶体高温分解的化学方程式：2Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O═2Al₂O₃+4NH₃↑+8SO₃↑+26H₂O．
（5）取4.53g 硫酸铝铵晶体加热分解，最终剩余0.51g Al₂O₃固体．加热过程中，固体质量随温度的变化如右图所示．请计算确定400℃时（硫酸铵未分解）剩余固体成分的化学式为Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•H₂O（不必写出计算过程）．

Answer 1

分析 由工艺流程可知，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2 Fe³⁺+2H₂O，加入氨水调节溶液PH值，Fe³⁺使转化为Fe（OH）₃，过滤后滤液主要含硫酸铵，氢氧化铝与硫酸混合反应生成硫酸铝溶液，再将硫酸铵和硫酸铝溶液混合反应，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等最终得到硫酸铝铵晶体．
（1）H₂O₂与Fe²⁺在酸性条件下反应生成铁离子和水；
（2）加入氨水调节溶液PH值，Fe³⁺使转化为Fe（OH）₃，一水合氨和铁离子反应生成氢氧化铁沉淀；
（3）过滤后的滤液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液检验是否含有Fe³⁺；
（4）由工艺流程可知，流程中“分离”是从溶液中获得晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等，依据原子守恒配平书写化学方程式；
（5）计算晶体中水的质量，根据固体质量差，计算晶体中剩余结晶水的质量，进而计算剩余固体中n[（NH₄）Al（SO₄）₂]：n（H₂O），据此书写化学式．

解答 解：（1）由工艺流程可知，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）加入氨水调节溶液PH值，Fe³⁺使转化为Fe（OH）₃，反应的化学方程式为：Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O=2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄，
故答案为：沉淀杂质Fe³⁺；Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O=2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄；
（3）过滤后的滤液中可能含有Fe³⁺，取少许滤液于试管中，加几滴KSCN[或NH₄SCN]溶液，若溶液不变红色，则杂质已除尽，
故答案为：滴入2-3滴KSCN[或NH₄SCN]溶液，若溶液不变红色；
（4）由工艺流程可知，流程中“分离”是从溶液中获得晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等，依据原子守恒配平得到化学方程式为：2Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+8SO₃↑+4NH₃↑+26H₂O，
故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；2，8，4，26H₂O；
（5）取4.53g硫酸铝铵晶体的物质的量为$\frac{4.53g}{906g/mol}$=0.005mol，4.53g硫酸铝铵晶体中水的质量为0.005mol×24×18g/mol=2.16g，
加热400℃时固体质量减少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g，剩余固体中结晶水的物质的量为$\frac{2.16g-2.07g}{18g/mol}$=0.005mol．
剩余固体中n[（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄]：n（H₂O）=0.005mol：0.005mol=1：1，故400℃时剩余固体成分的化学式为（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O．
故答案为：（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O．

点评 本题考查镁铝及其化合物的性质，对工艺流程理解、常用化学用语、盐类水解、物质的分离提纯与离子检验、化学计算等，综合性较大，题目难度较高，需要学生具备扎实的基础与运用知识分析解决问题的能力．