Question

【题目】明矾石经处理后得到明矾[KAl(SO4)2·12H2O]。从明矾制备Al、K2SO4和H2SO4的工艺流程如下所示：

焙烧明矾的化学方程式为：4KAl(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，氧化剂是________，氧化剂与还原剂的物质的量之比为_________

（2）从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体的方法是____；产物K2SO4中K元素的鉴定操作过程是____。

（3）向明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至SO42-恰好沉淀完全的离子反应方程式为____。

（4）焙烧产生的SO2可用于制硫酸。已知25℃、l0lkPa时：

①2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) △H1=－197kJ·mol－1

②H2O(g)=H2O(l) △H2=－44kJ·mol－1

③2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(g)=2H2SO4(l) △H3=－545kJ·mol－1

则SO3（g）与H2O（1）反应的热化学方程式是__________________________。

（5）假设整个过程中没有物质损失，理论上三种最终产物K2SO4，Al和H2SO4的物质的量之比为___________.

Answer 1

【答案】 KAl(SO4)2·12H2O 1∶1 蒸发结晶 用洁净的铂丝（或铁丝）蘸取待测溶液，到酒精灯火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色即证明应有钾离子 Al3++2 SO42-+2Ba2++4OH-=AlO2-+2BaSO4↓+2H2O SO3(g)+ H2O(l)=H2SO4(l)，△H=-130kJ/mol 2:4:9

【解析】（1）根据焙烧的反应：4KAl(SO4)2·12H2O＋3S=2K2SO4＋2Al2O3＋9SO2↑＋48H2O，反应前明矾中的8个+6价的S，反应后有2个在硫酸钾的+6价中，有6个转化为+4价的SO2；反应前3个0价单质S，反应后转化为3个转化为+4价的SO2；所以氧化剂为明矾，即KAl(SO4)2·12H2O；反应中明矾里有6个+6价S化合价降低，所以氧化剂为3个KAl(SO4)2·12H2O；有3个0价S化合价升高，还原剂为3个S，由上氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:1。

（2）从滤液中得到硫酸钾，即从溶液中得到固体溶质的方法应该是蒸发结晶。产物K2SO4中K元素的鉴定操作过程是，实际就是K+的检验过程，应该采用焰色反应进行鉴别，方法是：用洁净的铂丝（或铁丝）蘸取待测溶液，到酒精灯火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色即证明应有钾离子。

（3）向明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至SO42-恰好沉淀完全，则明矾和氢氧化钡应该的反应比例是1:2，此时加入的Al3+和OH-的物质的量之比为1:4，所以转化为偏铝酸根离子，方程式为：Al3++2 SO42-+2Ba2++4OH-=AlO2-+2BaSO4↓+2H2O。

（4）将反应进行如下计算：①×()+②×()+③×()得到：SO3(g)+ H2O(l)=H2SO4(l)，△H=-130kJ/mol。

（5）根据反应：4KAl(SO4)2·12H2O＋3S=2K2SO4＋2Al2O3＋9SO2↑＋48H2O，生成2mol K2SO4的同时应该得到2mol Al2O3和9molSO2，2mol Al2O3转化为4mol单质Al，9molSO2转化为9molH2SO4。所以理论上三种最终产物K2SO4，Al和H2SO4的物质的量之比为2:4:9。