Question

14．铵明矾[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]是常见的食品添加剂，用于焙烤食品，可通过硫酸铝溶液和硫酸铵溶液反应制备．用芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）制备纯碱和铵明矾的生产工艺流程图如图1：

完成下列填空：
（1）铵明矾溶液呈酸性性，它可用于净水，原因是铵明矾溶液电离出的铝离子水解生成氢氧化铝胶体，有吸附作用；向其溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量，可观察到的现象是先产生白色沉淀，后产生有刺激性气味的气体，再加入过量的NaOH溶液，白色沉淀逐渐溶解并消失．
（2）写出过程Ⅰ的化学反应方程式2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ．
（3）若省略过程Ⅱ，直接将硫酸铝溶液加入滤液A中，铵明矾的产率会明显降低，原因是省略过程Ⅱ，因HCO₃^-与Al³⁺的水解相互促进，产生大量氢氧化铝沉淀，导致铵明矾的产率降低．
（4）已知铵明矾的溶解度随温度升高明显增大．加入硫酸铝后，经过程 III的系列实验得到铵明矾，该系列的操作是加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥．
（5）某同学用图2图示的装置探究铵明矾高温分解后气体的组成成份．
（a）夹住止水夹K₁，打开止水夹K₂，用酒精喷灯充分灼烧．实验过程中，装置A和导管中未见红棕色气体；试管C中的品红溶液褪色；在支口处可检验到NH₃，方法是打开K₁，用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近支口，出现白烟；在装置A与B之间的T型导管中出现白色固体，该白色固体可能是（NH₄）₂SO₃（任填一种物质的化学式）；另分析得出装置A试管中残留的白色固体是两性氧化物，写出它溶于NaOH溶液的离子方程式Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（b）该同学通过实验证明铵明矾高温分解后气体的组成成份是NH₃、N₂、SO₃、SO₂和H₂O，且相同条件下测得生成N₂和SO₂的体积比是定值，V（N₂）：V（SO₂）=1：3．

Answer 1

分析 碳酸氢铵溶液中加入硫酸钠，过滤得到滤渣与溶液A，而滤渣焙烧得到碳酸钠与二氧化碳，可知滤渣为NaHCO₃，过程I利用溶解度不同发生复分解反应：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，滤液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，调节pH使NH₄HCO₃转化二氧化碳与（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B为（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸铝得铵明矾．
（1）铵明矾溶液中铝离子水解，溶液呈酸性，得到氢氧化铝胶体，可以用于净水；向溶液中加入氢氧化钠溶液，首先与溶液中铝离子反应生成氢氧化铝沉淀，再与氨气根离子反应生成氨气，再加入过量的NaOH溶液溶解氢氧化铝；
（2）过程I利用溶解度不同发生复分解反应；
（3）HCO₃^-与Al³⁺的水解相互促进，产生大量氢氧化铝沉淀；
（4）用于铵明矾的溶解度随温度升高明显增大，从溶液中获得晶体，加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥；
（5）（a）由题目信息可知有NH₃生成，用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近支口检验氨气；装置A和导管中未见红棕色气体，试管C中的品红溶液褪色，说明加热分解有SO₂生成，氨气与二氧化硫、水蒸汽反应可以生成（NH₄）₂SO₃；装置A试管中残留的白色固体是两性氧化物，该物质为氧化铝；
（b）根据电子转移守恒确定n（N₂）：n（SO₂），相同条件下气体体积之比等于其物质的量之比．

解答 解：碳酸氢铵溶液中加入硫酸钠，过滤得到滤渣与溶液A，而滤渣焙烧得到碳酸钠与二氧化碳，可知滤渣为NaHCO₃，过程I利用溶解度不同发生复分解反应：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，滤液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，调节pH使NH₄HCO₃转化二氧化碳与（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B为（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸铝得铵明矾．
（1）铵明矾溶液中铝离子水解：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，破坏水的电离平衡，溶液呈酸性；水解得到氢氧化铝胶体，可以吸附悬浮物质，可以用于净水；向溶液中加入氢氧化钠溶液，首先与溶液中铝离子反应生成氢氧化铝沉淀，再与氨气根离子反应生成氨气，再加入过量的NaOH溶液溶解氢氧化铝，现象为：先产生白色沉淀，后产生有刺激性气味的气体，再加入过量的NaOH溶液，白色沉淀逐渐溶解并消失，
故答案为：酸性；铵明矾溶液电离出的铝离子水解生成氢氧化铝胶体，有吸附作用，故铵明矾能净水；先产生白色沉淀，后产生有刺激性气味的气体，再加入过量的NaOH溶液，白色沉淀逐渐溶解并消失；
（2）过程I利用溶解度不同发生复分解反应，反应方程式为：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，
故答案为：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ；
（3）省略过程Ⅱ，因HCO₃^-与Al³⁺的水解相互促进，产生大量氢氧化铝沉淀，导致铵明矾的产率降低，
故答案为：省略过程Ⅱ，因HCO₃^-与Al³⁺的水解相互促进，产生大量氢氧化铝沉淀，导致铵明矾的产率降低；
（4）用于铵明矾的溶解度随温度升高明显增大，从溶液中获得晶体，加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥，
故答案为：冷却结晶；
（5）（a）检验氨气方法为：打开K₁，用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近支口，出现白烟；
装置A和导管中未见红棕色气体，试管C中的品红溶液褪色，说明加热分解有SO₂生成，氨气与二氧化硫、水蒸汽反应可以生成（NH₄）₂SO₃，白色固体可能是（NH₄）₂SO₃；
装置A试管中残留的白色固体是两性氧化物，该物质为氧化铝，与氢氧化钠溶液反应离子方程式为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案为：打开K₁，用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近支口，出现白烟；（NH₄）₂SO₃；Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（b）根据电子转移守恒：2×[0-（-3）]×n（N₂）=n（SO₂）×（6-4），故n（N₂）：n（SO₂）=1：3，相同条件下气体体积之比等于其物质的量之比，故V（N₂）：V（SO₂）=1：3，
故答案为：1：3．

点评 本题考查制备实验方案设计、物质组成的测定，明确工艺流程原理是解题关键，综合考查学生分析解决问题的能力，难度中等．