Question

1．KAl（SO₄）₂•12H₂O（明矾）是一种复盐，在造纸等方面应用广泛．实验室中，采用废易拉罐（主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质）制备明矾的过程如下图所示．回答下列问题：

（1）为尽量少引入杂质，试剂①应选用d（填标号）．
a．HCl溶液    b．H₂SO₄溶液  c．氨水    d．NaOH溶液
（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑．
（3）沉淀B的化学式为Al（OH）₃；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是Al³⁺水解，使溶液中H⁺浓度增大．
（4）已知：K_w=1.0×10^-14，Al（OH）₃?AlO₂^-+H⁺+H₂O    K=2.0×10^-13．Al（OH）₃溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于20．

Answer 1

分析 易拉罐的主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质，可选择浓NaOH溶解，得到偏铝酸钠溶液，并通过过滤除去Fe、Mg等杂质，滤液中加入NH₄HCO₃溶液后，促进AlO₂^-水解生成Al（OH）₃沉淀，过滤后将沉淀溶解在稀硫酸中，得到硫酸铝溶液，添加K₂SO₄溶液后蒸发浓缩并冷却结晶得到晶体明矾；
（1）铝是两性金属能与强酸、强碱反应，而Mg、Fe只能溶解于酸，据此选择试剂；
（2）用NaOH溶液溶解Al生成偏铝酸钠及氢气，据此写出反应化学方程式；
（3）滤液中加入NH₄HCO₃溶液后，促进AlO₂^-水解生成Al（OH）₃沉淀；Al³⁺水解使明矾溶液显酸性；
（4）Al（OH）₃沉淀溶解在NaOH溶液里发生的反应为Al（OH）₃+OH^-?AlO₂^-+2H₂O，结合水的离子积和氢氧化铝的电离平衡常数计算此反应的平衡常数．

解答 解：（1）根据铝能溶解在强酸和强碱性溶液，而铁和镁只能溶解在强酸性溶液中的性质差异，可选择NaOH溶液溶解易拉罐，可除去含有的铁、镁等杂质，故答案为：d；
（2）铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，发生反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
（3）滤液中加入NH₄HCO₃溶液后，电离出的NH₄⁺和HCO₃^-均能促进AlO₂^-水解，反应式为NH₄⁺+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+NH₃•H₂O，生成Al（OH）₃沉淀；因Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，则明矾水溶液显酸性，故答案为：Al（OH）₃；Al³⁺水解，使溶液中H⁺浓度增大；
（4）Al（OH）₃?AlO₂^-+H⁺+H₂O①H2O?H⁺+OH^-②，①-②可得Al（OH）₃+OH^-?AlO₂^-+2H₂O，则Al（OH）₃溶于NaOH溶液反应的平衡常数=K÷K_w=$\frac{2.0×1{0}^{-13}}{1.0×1{0}^{-14}}$=20，故答案为：20．

点评 本题以铝制备明矾为载体，考查物质的制备与设计，涉及反应原理的探究及溶解平衡与水电离平衡常数的应用、盐类水解等，属基础考查，中等难度，易错点为（4）平衡常数的计算．