Question

8．实验室用硫酸铝酸性溶液制备可溶性的碱式硫酸铝[Al_a（SO₄）_b（OH）_c]，并用它对烟气进行脱硫处理的过程如图1：

（1）加CaCO₃调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al₂（SO₄）₃转化为Al_a（SO₄）_b（OH）_c．过滤时所用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和烧杯，滤渣的主要成分为CaSO₄（填化学式）．
（2）上述流程中经完全热分解放出的SO₂量总是小于吸收的SO₂量，其主要原因是溶液中的部分SO₃^2- 被氧化成SO₄^2-；与吸收SO₂前的溶液相比，热分解后循环利用的溶液的pH将减小（填“增大”“减小”或“不变”）．
（3）Al_a（SO₄）_b（OH）_c中a、b、c的代数关系式为3a=2b+c．
（4）已知在常温下溶液中Al³⁺、AlO₂^-的浓度与溶液pH的关系如图2所示．为确定碱式硫酸铝的组成，进行如下实验：
①取2.18g碱式硫酸铝样品在空气中灼烧至恒重，样品质量减少了0.36g．
②另取2.18g碱式硫酸铝溶于水，调节溶液的pH到5.0～7.8．
③将②产生的沉淀过滤、洗涤、灼烧至恒重，称量剩余固体为1.02g．
请计算样品中Al³⁺和SO₄^2-的物质的量之比（写出计算过程）．

Answer 1

分析 根据流程可知，Al₂（SO₄）₃溶液中加入CaCO₃调节溶液的pH至3.6，使Al₂（SO₄）₃转化为CaSO₄沉淀，过滤得滤渣为CaSO₄，滤液中含有铝离子、硫酸根离子等，吸收含有二氧化硫的烟气，在溶液中生成亚硫酸根离子，部分亚硫根离子会被空气氧化成硫酸，将溶液再加热亚硫酸盐分解生成二氧化硫，所得溶液循环利用再用来吸收烟气，
（1）过滤时所用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯；硫酸根离子与钙离子反应生成硫酸钙是微溶于水的物质，易形成沉淀；
（2）在溶液中SO₃^2-易被氧化生成SO₄^2-，弱酸根离子转化为强酸根离子溶液酸性增强；
（3）根据化合物中化合价代数和为零可知abc的关系；
（4）碱式硫酸铝样品在空气中灼烧至恒重，样品中的氢元素全部以水的形式失去，根据水的质量可求得样品中氢氧根离子的物质的量，在硫酸铝溶液中，随着pH值的升高，调节溶液的pH到5.0～7.8，生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝沉淀经过过滤、洗涤、灼烧至恒重，得氧化铝，根据氧化铝的质量可求得样品中铝元素的物质的量，根据电荷守恒可求得硫酸根离子的物质的量，据此确定品中Al³⁺和SO₄^2-的物质的量之比．

解答 解：根据流程可知，Al₂（SO₄）₃溶液中加入CaCO₃调节溶液的pH至3.6，使Al₂（SO₄）₃转化为CaSO₄沉淀，过滤得滤渣为CaSO₄，滤液中含有铝离子、硫酸根离子等，吸收含有二氧化硫的烟气，在溶液中生成亚硫酸根离子，部分亚硫根离子会被空气氧化成硫酸，将溶液再加热亚硫酸盐分解生成二氧化硫，所得溶液循环利用再用来吸收烟气，
（1）过滤时所用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯，通过以上分析知，滤渣的成分是CaSO₄，
故答案为：漏斗、玻璃棒；CaSO₄；
（2）溶液吸收二氧化硫生成SO₃^2-，在溶液中SO₃^2-易被氧化生成SO₄^2-，所以上述流程中经完全热分解放出的SO₂量总是小于吸收的SO₂量；溶液中SO₃^2-属于弱酸根离子被氧气氧化为转化为SO₄^2-，SO₄^2-为强酸根离子，则溶液酸性增强，pH减小；
故答案为：溶液中的部分SO₃^2- 被氧化成SO₄^2-；减小；
（3）根据化合物中化合价代数和为零可知abc的关系为3a=2b+c，
故答案为：3a=2b+c；
（4）由步骤①可知n（H₂O）=0.36 g/18 g•mol^-1=0.02 mol，所以n（OH^-）=0.02 mol×2=0.04 mol，
由③可知1.02 g为Al₂O₃，则n（Al₂O₃）=1.02 g/102 g•mol^-1=0.01 mol，所以样品中n（Al³⁺）=0.02 mol　根据电荷守恒可知，样品中n（SO₄^2-）=（0.02 mol×3-0.04 mol）/2=0.01 mol，所以n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）=0.02 mol：0.01mol=2：1，
答：样品中Al³⁺和SO₄^2-的物质的量之比为2：1．

点评 本题考查了物质的制备原理及化学计算，明确物质的性质及各物质的关系是解本题关键，会从整体上分析每一步发生的反应及基本操作，知道加入物质的用途，题目难度中等．