Question

明矾石主要成份是KAl（SO₄）₂，还含有FeO、Fe₂O₃、SiO₂杂质，工业为了获取明矾[KAl（SO₄）₂、12H₂O]，首先选矿，再用过量稀H₂SO₄处理矿石，过滤除去滤渣，再向滤液中加入H₂O₂溶液，调节溶液PH=4.5左右，过滤，再将滤液进行处理获取纯净明矾，将所得明矾进行如下流程处理，制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄．







请回答下列问题：
（1）实验室将K₂SO₄溶液制备K₂SO₄晶体，使用瓷器是

 

，制得晶体的方法是

 

．
（2）配平下列反应化学方程式：

 

KAl（SO₄）₂?12H₂O+

 

 S

焙烧  .

 

   K₂SO₄+

 

  Al₂O₃+

 

 SO₂+

 

 H₂O
（3）明矾石用稀H₂SO₄处理后的滤液中，加入H₂O₂调节PH=4.5的目的是

 

．并写出加入H₂O₂的离子反应方程式

 

．
（4）用冶炼制得的Al和NiO（OH）₂为电极，NaOH溶液为电解质溶液，生产一种新型铝镍充电电池，电池放电时，两极都生成金属氢氧化物，电池总反应方程式是

 

，充电时，阳极电极反应式是

 

．
（5）焙烧产生的SO₂可用于制H₂SO₄，已知25°C，101kPa时：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197KJ/mol
H₂O（g）?H₂O（l）△H₂=-44KJ/mol
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=-545KJ/mol
则SO₃（g）与H₂O（l）反应的热化学方程式是

 

．
（6）焙烧2370t明矾（M=474g/mol），若SO₂利用率为96%，结晶水利用率为100%，生产的SO₃用结晶水吸收，则所得H₂SO₄溶液质量分数是

 

（保留一位小数）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,用盖斯定律进行有关反应热的计算,电解原理

专题：

分析：明矾石主要成份是KAl（SO₄）₂，还含有FeO、Fe₂O₃、SiO₂杂质，首先选矿，再用过量稀H₂SO₄处理矿石，FeO、Fe₂O₃溶于稀硫酸，SiO₂不溶，过滤除去滤渣，再向滤液中加入H₂O₂溶液，亚铁离子被氧化为铁离子，调节溶液PH=4.5左右，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤，再将滤液进行处理获取纯净明矾，将所得明矾，加S焙烧，生成二氧化硫、水和固体化合物，固体化合物中含有K₂SO₄、Al₂O₃，水浸，K₂SO₄溶于水形成溶液，过滤得到Al₂O₃，再电解得到Al；
（1）K₂SO₄溶液制备K₂SO₄晶体，在蒸发皿中蒸发掉溶剂即可；
（2）反应物KAl（SO₄）₂?12H₂O中S元素从+6价降低到+4价，单质S中化合价从0价升高到+4价，根据得失电子守恒和原子守恒配平；
（3）H₂O₂能把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，Fe³⁺易水解生成氢氧化铁沉淀；
（4）Al和NiO（OH）₂为电极，NaOH溶液为电解质溶液，发生原电池反应生成Ni（OH）₂和Al（OH）₃；充电时，阳极上Ni（OH）₂失电子转化为NiO（OH）₂；
（5）利用盖斯定律，将热化学方程式进行运算，计算反应的焓变；
（6）依据硫元素守恒计算得到硫酸的质量，硫酸的质量除以硫酸和水的总质量即是H₂SO₄溶液质量分数．

解答： 解：明矾石主要成份是KAl（SO₄）₂，还含有FeO、Fe₂O₃、SiO₂杂质，首先选矿，再用过量稀H₂SO₄处理矿石，FeO、Fe₂O₃溶于稀硫酸，SiO₂不溶，过滤除去滤渣，再向滤液中加入H₂O₂溶液，亚铁离子被氧化为铁离子，调节溶液PH=4.5左右，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤，再将滤液进行处理获取纯净明矾，将所得明矾，加S焙烧，生成二氧化硫、水和固体化合物，固体化合物中含有K₂SO₄、Al₂O₃，水浸，K₂SO₄溶于水形成溶液，过滤得到Al₂O₃，再电解得到Al；
（1）K₂SO₄溶液制备K₂SO₄晶体，在蒸发皿中蒸发掉溶剂即可，所以用到的瓷器是蒸发皿，K₂SO₄在溶液中不水解，受热不分解，所以直接加热蒸干即可；
故答案为：蒸发皿；加热蒸干；
（2）反应物KAl（SO₄）₂?12H₂O中S元素从+6价降低到+4价，则降低了2价，单质S中化合价从0价升高到+4价，升高了4价，由得失电子守恒和原子守恒配平为：4KAl（SO₄）₂?12H₂O+3S

焙烧  .

2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O；
故答案为：4，3，2，2，9，48；
（3）H₂O₂能把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，Fe³⁺易水解生成氢氧化铁沉淀，所以加入H₂O₂调节PH=4.5可以将Fe²⁺完全氧化成Fe³⁺，有利于Fe³⁺完全水解生成Fe（OH）₃沉淀而除去，双氧水与亚亚铁离子反应生成铁离子和水的离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺；
故答案为：将Fe²⁺完全氧化成Fe³⁺，有利于Fe³⁺完全水解生成Fe（OH）₃沉淀而除去；H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2H₂O+2Fe³⁺；
（4）Al和NiO（OH）₂为电极，NaOH溶液为电解质溶液，发生原电池反应生成Ni（OH）₂和Al（OH）₃，则电池总反应方程式是3NiO（OH）+Al+3H₂O=3Ni（OH）₂+Al（OH）₃；充电时，阳极上Ni（OH）₂失电子转化为NiO（OH）₂，则阳极的电极反应式为：Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO（OH）₂+H₂O；
故答案为：3NiO（OH）+Al+3H₂O=3Ni（OH）₂+Al（OH）₃；Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO（OH）₂+H₂O；
（5）2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol ①
2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=-88kJ/mol ②
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol③
利用盖斯定律：（③-①-②）×

1

2

得SO₃ （g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol，
SO₃（g） ）+H₂O（g）=H₂SO₄（l）△H₃=-130kJ/mol，
故答案为：SO₃（g） ）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H₃=-130kJ/mol；
（6）4KAl（SO₄）₂?12H₂O～9SO₂～24H₂O           SO₂～H₂O～H₂SO₄
     4×474            9×64   48×18          64      18      98 
     2370t              xt     yt             x×96%   wt       zt 
解得：x=720，y=1080，w=194.4，z=1058.4，
则H₂SO₄溶液质量分数：

1058.4

1058.4+1080-194.4

×100%=54.4%；
故答案为：54.4%．

点评：本题考查了氧化还原反应、实验基本操作、原电池电池和电解池反应方程式、热化学方程式、计算等，侧重于考查考生框图推断能力、分析计算能力、知识应用能力，试题难度较大．