Question

11．如图是明矾〔KAl（SO₄）₂•12H₂O〕制取硫酸铝和硫酸钾的操作步骤流程图，回答有关问题．

（1）试剂（a）是氨水，（b）是稀硫酸，（c）是K₂SO₄和过量的KOH；
（2）分离方法①是过滤，③是蒸发结晶；进行上述操作要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗、酒精灯．
（3）按上述操作，不考虑损耗，在理论上158g明矾（摩尔质量474g/mol）最多可以制得硫酸铝晶体〔Al₂（SO₄）₃•18H₂O〕（摩尔质量666g/mol）111g，至少可以制备K₂SO₄（摩尔质量174g/mol）116g．

Answer 1

分析 明矾是[KAl（SO₄）₂•12H₂O，将明矾溶于水得到明矾溶液，向明矾溶液中加入过量氨水得到Al（OH）₃，Al（OH）₃溶于稀硫酸得到A为Al₂（SO₄）₃溶液，将Al₂（SO₄）₃溶液蒸干得到Al₂（SO₄）₃晶体，所以进行操作①时，加入的试剂a是氨水；分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，所以操作①是过滤，试剂b为稀硫酸，操作③为蒸发结晶，B中溶质成分是K₂SO₄、（NH₄）₂SO₄，向溶液中加入KOH溶液并加热得到K₂SO₄、NH₃，所以试剂c为KOH溶液，要使氨气从溶液中充分挥发，则操作②为加热，氨气溶于水得氨水，C中成分是K₂SO₄和过量的KOH，C中加入稀硫酸得K₂SO₄溶液，蒸发结晶得到K₂SO₄晶体，符合题中各物质的转化关系，据此分析解答；
（1）结合分析可知（a）是氨水，（b）是稀硫酸，（c）是K₂SO₄和过量的KOH；
（2）分离方法①在明矾溶液里滴加氨水后得到氢氧化铝沉淀，分离方式是过滤，③是从溶液里得到晶体是蒸发结晶，过滤和加热结晶需要的仪器有有漏斗、烧杯、玻璃棒、酒精灯等；
（3）理论计算可结合原子守恒来计算产量，可根据铝原子守恒计算硫酸铝晶体质量，可根据SO₄^2-的守恒计算得到的硫酸钾质量，特别注意不能根据明矾中的钾离子计算硫酸钾的质量，原因是后续滴加了KOH溶液也生成了硫酸钾，这是容易忽视的地方．

解答 解：明矾是[KAl（SO₄）₂•12H₂O，将明矾溶于水得到明矾溶液，向明矾溶液中加入过量氨水得到Al（OH）₃，Al（OH）₃溶于稀硫酸得到A为Al₂（SO₄）₃溶液，将Al₂（SO₄）₃溶液蒸干得到Al₂（SO₄）₃晶体，所以进行操作①时，加入的试剂a是氨水；分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，所以操作①是过滤，试剂b为稀硫酸，操作③为蒸发结晶，B中溶质成分是K₂SO₄、（NH₄）₂SO₄，向溶液中加入KOH溶液并加热得到K₂SO₄、NH₃，所以试剂c为KOH溶液，要使氨气从溶液中充分挥发，则操作②为加热，氨气溶于水得氨水，C中成分是K₂SO₄和过量的KOH，C中加入稀硫酸得K₂SO₄溶液，蒸发结晶得到K₂SO₄晶体，符合题中各物质的转化关系
（1）试剂a是 氨水，b是 稀硫酸，c是KOH溶液，故答案为：氨水；稀硫酸；KOH溶液；
（2）根据分析知，分离方法①是过滤，分离方法③是蒸发结晶，过滤和加热结晶需要的仪器有有漏斗、烧杯、玻璃棒、酒精灯等，
故答案为：过滤；蒸发结晶；烧杯、玻璃棒、漏斗、酒精灯；
（3）明矾的物质的量为$\frac{158g}{474g/mol}$=$\frac{1}{3}$mol，则Al³⁺的物质的量为$\frac{1}{3}$mol，SO₄^2-的物质的量为$\frac{2}{3}$mol，结合原子守恒，生成的硫酸铝晶体的物质的量为$\frac{1}{3}$mol÷2=$\frac{1}{6}$mol，硫酸钾的物质的量为$\frac{2}{3}$mol，则硫酸铝晶体的质量为$\frac{1}{6}$mol×666g/mol=111g，硫酸钾的质量为$\frac{2}{3}$mol×174g/mol=116g，故答案为：111；116．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、物质的判断、实验操作、离子方程式的书写、实验方案设计等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．