Question

6．某研究小组利用含少量Fe²⁺的硫酸铵酸性废液制取铵明矾[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]的流程如下：

（1）H₂O₂的电子式为．
（2）滤渣的主要成分为Fe（OH）₃（填写化学式）．
（3）“除杂”过程中加入双氧水的目的是（用离子方程式回答）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）“结晶”操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层晶体即停止加热，然后冷却结晶，得到铵明矾晶体（含结晶水），母液不能蒸干的原因是防止晶体失去结晶水．
（5）固体铵明矾加热过程中，固体残留率（固体残留率=$\frac{剩余固体的质量}{原来固体的质量}$×100%）随温度的变化如图所示．

①取A物质溶于水配成溶液，加入过量NaOH溶液充分混合，加热，发生反应的离子方程式为NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O．
②B物质的化学式为Al₂（SO₄）₃．
③若将B物质加热至975℃灼烧，得到的主要产物为C和一种氧化性气体，取等量C分别与足量的NaOH溶液和稀硫酸反应，消耗NaOH和硫酸的物质的量之比为2：3．

Answer 1

分析 由工艺流程可知，加入H₂O₂将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氨水调节溶液pH值至8，Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤后滤渣为Fe（OH）₃，滤液主要含硫酸铵，再将硫酸铵和硫酸铝溶液混合反应，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等最终得到硫酸铝铵晶体；
（1）过氧化氢中H、O原子之间存在一对共用电子对，O原子之间也存在一对共用电子对；
（2）pH=8时铁离子能转化为Fe（OH）₃；
（3）双氧水具有强氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子；
（4）NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O不稳定，受热易失水；
（5）①NH₄⁺、Al³⁺和OH^-反应分别生成NH₃、AlO₂^-、和H₂O；
②如果晶体完全失去水，固体残留率=$\frac{237}{453}$×100%≈52%，则A点物质为NH₄Al（SO₄）₂；
当温度继续升高，硫酸铝铵中的硫酸铵开始分解生成氨气和三氧化硫，硫酸铵完全分解时，剩余物为硫酸铝，剩余固体与原始固体的质量百分比是：$\frac{171}{453}$×100%≈37.75%；当比值大于37.75%时，硫酸铵没有完全分解，当等于这个比值，说明硫酸铵恰好分解完全，小于这个比值，硫酸铝开始分解；
③硫酸铝分解生成C和一种氧化性气体，C物质应该具有还原性，C能溶于强酸、强碱，结合硫酸铝中元素知，C是Al，由反应方程式计算．

解答 解：由工艺流程可知，加入H₂O₂将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氨水调节溶液pH值至8，Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤后滤渣为Fe（OH）₃，滤液主要含硫酸铵，再将硫酸铵和硫酸铝溶液混合反应，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等最终得到硫酸铝铵晶体；
（1）过氧化氢中H、O原子之间存在一对共用电子对，O原子之间也存在一对共用电子对，电子式为，故答案为：；
（2）pH=8时铁离子能转化为Fe（OH）₃，所以滤渣成分为Fe（OH）₃，故答案为：Fe（OH）₃；
（3）双氧水具有强氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子，离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O不稳定，受热易失水而不能实现目的，所以不能将溶液蒸干，
故答案为：防止晶体失去结晶水；
（5）①NH₄⁺、Al³⁺和OH^-反应分别生成NH₃、AlO₂^-、和H₂O，离子方程式为NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O，故答案为：NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlO₂^-+NH₃↑+3H₂O；
②如果晶体完全失去水，固体残留率=$\frac{237}{453}$×100%≈52%，则A点物质为NH₄Al（SO₄）₂；
当温度继续升高，硫酸铝铵中的硫酸铵开始分解生成氨气和三氧化硫，硫酸铵完全分解时，剩余物为硫酸铝，剩余固体与原始固体的质量百分比是：$\frac{171}{453}$×100%≈37.75%；当比值大于37.75%时，硫酸铵没有完全分解，当等于这个比值，说明硫酸铵恰好分解完全，小于这个比值，硫酸铝开始分解，根据图中数据知，固体残留物成分是Al₂（SO₄）₃，故答案为：Al₂（SO₄）₃；
③硫酸铝分解生成C和一种氧化性气体，C物质应该具有还原性，C能溶于强酸、强碱，结合硫酸铝中元素知，C是Al，Al和NaOH溶液、稀硫酸反应方程式分别为2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、
2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂↑，根据方程式知，相同物质的量的Al分别与NaOH、硫酸反应物质的量之比=2：3，故答案为：2：3．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，涉及元素化合物之间转化、物质分离提纯、未知物成分确定等知识点，侧重考查学生分析判断及知识综合应用能力，难点是（5）题解答，注意铵明矾受热时反应先后顺序，题目难点中等．