题目内容

16．从明矾[KAl（SO4）2•12H2O]制备Al、K2SO4和H2SO4的流程如下：

已知：明矾焙烧的化学方程式为：4[KAl（SO4）2•12H2O]+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O
请回答下列问题：
（1）在焙烧明矾的反应中，氧化产物与还原产物的物质的量之比为：1：2．
（2）步骤②中，为提高浸出率，可采取的措施有AC．
A．粉碎固体混合物　　B．降低温度      C．不断搅拌　D．缩短浸泡时间
（3）明矾焙烧完全后，从步骤②的滤液中得到K2SO4晶体的方法是蒸发结晶．
（4）步骤③电解的化学方程式是2Al2O3$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃电解}$4Al+3O2↑，电解池的电极是用碳素材料做成，电解过程中，阳极材料需要定期更换，原因是：阳极中碳被氧化成CO2（CO）．
（5）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，则该电池的正极电极反应式是NiO（OH）+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-．
（6）焙烧a吨明矾（摩尔质量为b g/mol），若SO2 的转化率为96%，可生产质量分数为98%的H2SO4质量为$\frac{a×10{\;}^{6}g/t}{bg/mol}$=$\frac{9mol×98g/mol×96%×a}{4mol×bg/mol×98%}$=$\frac{216a}{b}$吨（列出计算表达式）．

分析 从明矾[KAl（SO4）2•12H2O]制备Al、K2SO4和H2SO4的流程：过程①明矾和硫焙烧，4KAl（SO4）2•12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O，气体二氧化硫与氧气在五氧化二矾作催化剂的作用下生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，SO3+H2O=H2SO4，制得硫酸；过程②焙烧所得固体混合物，用水浸，为提高浸出率，可采取粉碎固体混合物、不断搅拌，从水浸后的滤液中蒸发结晶得到K2SO4晶体，步骤③电解Al2O3，制得Al，
（1）依据化学方程式中元素化合价变化分析判断，元素化合价降低的做氧化剂，元素化合价升高的做还原剂；
（2）矿石的颗粒大小、温度及是否搅拌等会影响浸取率；
（3）从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体运用蒸发溶剂水的方法得到；
（4）步骤③电解Al2O3，制得Al，阳极材料需要定期地进行更换，原因是该极材料不断被消耗；
（5）放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，Ni元素化合价降低，被还原，应为原电池正极反应；
（6）依据硫元素守恒计算得到．

解答 解：从明矾[KAl（SO4）2•12H2O]制备Al、K2SO4和H2SO4的流程：过程①明矾和硫焙烧，4KAl（SO4）2•12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O，气体二氧化硫与氧气在五氧化二矾作催化剂的作用下生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，SO3+H2O=H2SO4，制得硫酸；过程②焙烧所得固体混合物，用水浸，为提高浸出率，可采取粉碎固体混合物、不断搅拌，从水浸后的滤液中蒸发结晶得到K2SO4晶体，步骤③电解Al2O3，制得Al，
（1）4KAl（SO4）2•12H2O+3S═2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O反应中，硫单质硫元素化合价0价，升高到SO2中为+4价，硫酸根离子中硫元素化合价从+6价变化为SO2中+4价，则S为还原剂，被氧化成二氧化硫，KAl（SO4）2•12H2O为氧化剂，被还原成二氧化硫，根据电子得失守恒可知，氧化产物与还原产物的物质的量之比为1：2，
故答案为：1：2；
（2）由于酸浸时矿石颗粒大小影响浸取率，可以通过粉碎矿石提高浸取率，还可以适当升高温度或者搅拌提高浸取率，
故答案为：AC；
（3）从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体运用蒸发结晶的方法得到，需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：蒸发结晶；
（4）电解熔融氧化铝，阳极氯离子放电生成氯气，阴极是铝离子放电生成铝，反应的化学方程式为2Al2O3$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃电解}$4Al+3O2↑，在冶炼过程中，阳极材料碳被氧气氧化成一氧化碳，反应为C+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO2或2C+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO，所以需定期地进行更换，
故答案为：2Al2O3$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃电解}$4Al+3O2↑；阳极中碳被氧化成CO2（CO）；
（5）放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，Ni元素化合价降低，被还原，应为原电池正极反应，电极方程式为NiO（OH）+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-，
故答案为：NiO（OH）+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-；
（6）焙烧a吨明矾（摩尔质量为b g/mol），4KAl（SO4）2•12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O，生成SO2物质的量为$\frac{a×10{\;}^{6}g}{bg/mol}$×$\frac{9mol}{4mol}$，SO2 的转化率为96%，物质的量为$\frac{a×10{\;}^{6}g}{bg/mol}$×$\frac{9mol}{4mol}$×96%，可生产质量分数为98%的H2SO4质量为$\frac{a×10{\;}^{6}g/t}{bg/mol}$=$\frac{9mol×98g/mol×96%×a}{4mol×bg/mol×98%}$=$\frac{216a}{b}$，
故答案为：$\frac{a×10{\;}^{6}g/t}{bg/mol}$=$\frac{9mol×98g/mol×96%×a}{4mol×bg/mol×98%}$=$\frac{216a}{b}$．

点评 本题以铝的化合物为载体考查了物质间的反应、物质的分离和提纯等知识点，明确物质之间的反应是解本题关键，再结合原子守恒来分析解答，这种综合性较强的题型是高考热点，需利用基础知识细心分析解答，题目难度中等．

练习册系列答案
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6．T℃时，在1L密闭容器中A气体与B气体反应生成C气体．反应过程中A、B、C浓度变化如图I所示；若保持其他条件不变，温度分别为Tl和T2时，B的体积百分含量与时间的关系如图Ⅱ所示．根据上述信息填空：
（1）由图Ⅰ可知该反应的化学方程式为A+3B?2C．
（2）由图Ⅱ可知T1＞T2（填＞、＜、=）保持其他条件不变，升高温度，则A的转化率减小．（填增大、减小、不变）保持其他条件不变，增大压强，则A的体积分数减小．（填增大、减小、不变）
（3）T℃时，若反应开始时A的浓度为0.4mo1•L-1，达到平衡后，各物质的浓度与（Ⅰ）中相同，则起始时B的浓度为0.4 mo1•L-1，C的浓度为0.2mo1•L-1．达到平衡后，保持体积不变，通入稀有气体，平衡不（正向、逆向或不）移动．
7．在0.01mol/L醋酸中加入少量较浓的硫酸后，其变化结果可能是（　　）
A．氢氧根离子浓度变小B．醋酸的浓度减小
C．酸性增强，PH变小D．醋酸根离子浓度变小
4．下列离子方程式改写为化学方程式，正确的是（　　）
A．Ag++Cl-═AgCl↓，AgNO3+NaCl═AgCl↓+NaNO3
B．Cu+2Ag+═Cu2++2Ag，Cu+2AgCl═CuCl2+2Ag
C．Ba2++SO${\;}_{4}^{2-}$═BaSO4↓，Ba（OH）2+H2SO4═BaSO4+2H2O
D．CO${\;}_{3}^{2-}$+2H+═CO2↑+H2O，NaHCO+HCl═NaCl+CO2↑+H2O
11．下列各环境中的离子组合能够大量共存的是（　　）
A．PH=0的溶液：Al3+、NH4+、Ca2+、SO42-
B．无色溶液：Mg2+、SO42-、Fe3+、Cl-
C．加水稀释后溶液中$\frac{（O{H}^{-}）}{c（{H}^{+}）}$明显减小的溶液：Na+、AlO2-、S2-、SO32-
D．加入铝粉产生H2的溶液中，Fe2+、K+、NO3-、Cl-
1．在溶液中能大量共存，加入OH-有沉淀析出，加入H+能放出气体的是（　　）
A．Na+、HCO3-、Ca2+、Cl-B．Ba2+、K+、OH-、NO3-
C．H+、Fe3+、NH4+、SO42-D．Mg2+、Na+、Cl-、CO32-
8．除去Cl2中混有的少量HCl气体，可将气体通入（　　）
A．苛性钠溶液B．饱和NaHCO3溶液C．澄清石灰水D．饱和氯化钠溶液
5．设NA为阿伏加德罗常数的数值，下列叙述错误的是（　　）
A．在1.8g18O2中含有NA个质子
B．28gC2H4中含有4NA个C-H键
C．常温下，2.7g铝片投入足量的稀硫酸中，铝失去的电子数为0.3NA
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6．发生在天津港“8•12”特大火灾爆炸事故，再一次引发了人们对环境问题的关注．
（1）为了减少空气中SO2的排放，常采取的措施是将煤转化为清洁气体燃料．
已知：
H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H1=-241.8kJ•mol-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）△H2=-110.5kJ•mol-1
则焦炭与水蒸气反应生成CO的热化学方程式为：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）；△H=+13l.30kJ•mol-1．
（2）由于CaC2、金属钠、金属钾等物质能够跟水反应给灾后救援工作带来了很多困难．如果在实验室，你处理金属钠着火的方法是用沙土扑灭．
（3）事故发生后，爆炸中心区、爆炸区居民楼周边以及海河等处都受 到了严重的氰化物污染．处理NaCN的方法是：用NaClO在碱性条件下跟NaCN反应生成无毒害的物质，试写出该反应的离子反应方程式2OH-+2CN-+5ClO-=2CO32-+5Cl-+H2O+N2↑．
（4）电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染．电化学降解NO${\;}_{3}^{-}$的原理如图所示，电源正极为a（填“a”或“b”）；若总反应为4NO3-+4H+═5O2↑+2N2↑+2H2O，则阴极反应式为2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O．
（5）欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可将Cr2O72-转化为Cr（OH）3沉淀除去．
已知在常温下：Ksp[Fe（OH）2]=1×10-15、Ksp[Fe（OH）3]=1×10-38、Ksp[Cr（OH）3]=1×10-23，当离子浓度在1×10-5mol/L以下时认为该离子已经完全沉淀，请回答：
①相同温度下Fe（OH）3的溶解度＜Cr（OH）3的溶解度（填“＞”、“＜”或“=”）
②浓度为0.1mol/L的Fe2+与10.0mol/L Cr3+同时生成沉淀的pH范围是7.0～8.0．

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