题目内容

19．NH4Al（SO4）2是食品加工中最为快捷的食品添加剂，用于焙烤食品，工业上常用铝土矿（主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质）是工业上制取铝的原料．实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2（SO4）3和铵明矾晶体[NH4Al（SO4）2•12H2O]的工艺流程如图所示；

请回答下列问题：
（1）废渣a、b 的成分分别是SiO2、Fe（OH）3．
（2）Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为AlO2-+CO2+2H2O═HCO3-+Al（OH）3↓．
（3）由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为Al2O3+4H2SO4+2NH3═2NH4Al（SO4）2+3H2O，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为（填操作名称）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤．
（3）以1 000kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2（SO4）3，需消耗18.4mol•L-1的硫酸575.4L．
（4）若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量．若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1：1，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为3：10．

分析 铝土矿用盐酸溶解，Al2O3、Fe2O3反应得到AlCl3、FeCl3，SiO2不与盐酸反应，过滤得到固体a为SiO2，滤液中含有AlCl3、FeCl3及剩余的HCl，再加入过量的烧碱，反应得到氢氧化铁沉淀、偏铝酸钠、氯化钠，过滤，红褐色沉淀b为氢氧化铁，溶液中含有偏铝酸钠、氯化钠及剩余的NaOH，通入过量的二氧化碳，反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，过滤，滤液c中含有氯化钠、碳酸氢钠，将沉淀加热分解得到氧化铝，用硫酸溶解得到硫酸铝溶液，再通入氨气，得到铵明矾溶液，最后经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作得到铵明矾晶体，
（1）Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸，含有FeCl3溶液中加入过量的烧碱，得到氢氧化铁沉淀；
（2）碳酸的酸性强于偏铝酸，故二氧化碳与偏铝酸钠生成氢氧化铝沉淀；
（3）Al2O3与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液；依据从可溶性溶液中获取固体的实验方法回答；
（3）依据化学反应方程式以及给出的数据计算即可；
（4）设制得的Al2（SO4）3和NH4Al（SO4）2•12H2O的物质的量都是1 mol，然后依据铝离子与硫酸根的关系回答即可．

解答 解：铝土矿用盐酸溶解，Al2O3、Fe2O3反应得到AlCl3、FeCl3，SiO2不与盐酸反应，过滤得到固体a为SiO2，滤液中含有AlCl3、FeCl3及剩余的HCl，再加入过量的烧碱，反应得到氢氧化铁沉淀、偏铝酸钠、氯化钠，过滤，红褐色沉淀b为氢氧化铁，溶液中含有偏铝酸钠、氯化钠及剩余的NaOH，通入过量的二氧化碳，反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，过滤，滤液c中含有氯化钠、碳酸氢钠，将沉淀加热分解得到氧化铝，用硫酸溶解得到硫酸铝溶液，再通入氨气，得到铵明矾溶液，最后经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作得到铵明矾晶体，
（1）根据上面的分析可知，废渣a为、固体b为Fe（OH）3，
故答案为：SiO2；Fe（OH）3；
（2）碳酸的酸性强于偏铝酸，故二氧化碳与偏铝酸钠生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为AlO2-+CO2+2H2O═HCO3-+Al（OH）3↓，
故答案为：AlO2-+CO2+2H2O═HCO3-+Al（OH）3↓；
（3）Al（OH）3分解生成Al2O3，Al2O3与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，
故答案为：Al2O3+4H2SO4+2NH3═2NH4Al（SO4）2+3H2O；蒸发浓缩；
（3）m（Al2O3）=1 000 kg×36%=360 kg，
依据：Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O
       102   294
       360kg m（H2SO4）
故m（H2SO4）=$\frac{294×360}{102}$=1037.6 kg，需消耗质量分数98%的硫酸（密度1.84 g•cm-3）为=$\frac{1037.6÷98%}{1.84}$=575.4 L，
故答案为：575.4；
（4）设制得的Al2（SO4）3和NH4Al（SO4）2•12H2O的物质的量都是1 mol，则Al3+共3 mol，SO42-共5 mol，根据Al3+和SO42-守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为：$\frac{3}{2}$：5=3：10，
故答案为：3：10．

点评 本题主要考查的是无机非金属材料的流程与应用，属于中等题，考查的是学生综合分析问题的能力．

练习册系列答案
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9．有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是（　　）
A．
负极反应式为2H++2e-═H2↑		B．
阳极反应式为Ag++e-═Ag
C．
H+向碳棒方向移动		D．
电解开始时阳极产生黄绿色气体
10．M和N单质燃烧时均放出大量热，可用作燃料．已知M和N均为短周期元素，其原子的第一至第四电离能如下表所示：
电离能（kJ/mol）I1I2I3I4
M93218211539021771
N7381451773310540
根据上述信息，M的原子结构示意图为，MCl2是非极性（填“极性分子”或“非极性分子”）；N的核外电子排布如图所示，该同学所画的电子排布图违背了能量最低原理．
7．某课外学习小组对日常生活中不可缺少的调味品M进行探究．已知C可在D中燃烧发出苍白色火焰．M与其他物质的转化关系如图1所示（部分产物已略去）：

（1）写出F的电子式．
（2）若A是一种常见的酸性氧化物，且可用于制造玻璃，E溶液与F溶液反应可以制备一种胶体，则E溶液的俗称是水玻璃
（3）若A是CO2气体，A与B溶液能够反应，反应后所得的溶液再与盐酸反应，如图2所示，则A与B溶液反应后溶液中的溶质化学式为Na2CO3和NaHCO3．
（4）若A是一种常见金属单质，且A与B溶液能够反应，则将过量的F溶液逐滴加入E溶液，边加边振荡，所看到的实验现象是溶液中逐渐有白色絮状沉淀生成，且不断地增加，随后沉淀逐渐溶解最终消失．
（5）若A是一种化肥．实验室可用A和B反应制取气体E，E与F、E与D相遇均冒白烟，且利用E与D的反应检验输送D的管道是否泄露，写出E与D反应的化学方程式是3Cl2+8NH3=N2+6NH4Cl．
（6）若A是一种溶液，只可能含有H+、NH4+、Mg2+、Fe3+、Al3+、CO32-、SO42-中的某些离子，当向该溶液中
加入B溶液时发现生成沉淀的物质的量随B溶液的体积发生变化如图3所示，由此可知，该溶液中肯定含有的离子及其浓度之比为c（H+）：c（Al3+）：c（NH4+）：c（SO42-）=1：1：2：3．
14．298K时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3+立即被还原成Fe2+．据此某学习小组设计如图所示的原电池装置．下列有关说法正确的是（　　）
A．正极反应为：Zn-2e-→Zn2+B．盐桥中K+向右池移动
C．Pt电极上有气泡出现D．左烧杯中溶液的红色变浅
4．下列说法中正确的是（　　）
A．能溶于水的盐是强电解质，不溶于水的盐是非电解质
B．强电解质溶液中不存在分子，弱电解质溶液中必存在溶质分子
C．在熔融状态下能导电的化合物一定是离子化合物，也一定是强电解质
D．强电解质一定能导电，非电解质的水溶液一定不导电
11．下列实验操作中数据合理的是（　　）
A．用10 mL 量筒量取5.25 mL盐酸
B．用广泛pH试纸测得某溶液的pH值为12.5
C．用托盘天平称取25.12g NaCl固体
D．配制70mL 0.1 mol/L的稀硫酸选用100 mL容量瓶
8．世界能源消费的90%以上依靠化学技术．

（1）工业制氢的一个重要反应是利用CO还原H2O（g）．已知：
C（石墨）+O2（g）=CO2（g）△H1=-394kJ/mol
2C（石墨）+O2（g）=2CO（g）△H2=-222kJ/mol
H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O （g）△H3=-242kJ/mol
则CO还原H2O（g）的热化学方程式为CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41kJ/mol．
（2）氢能被视为最具发展潜力的绿色能源，写出碱式氢氧燃料电池工作时的负极电极反应：H2-2e-+2OH-═2H2O．
（3）一种新型锂离子二次电池--磷酸铁锂（LiFePO4）电池，作为正极材料的磷酸铁锂在充、放电时的局部放大示意图如图1，写出该电池充电时阳极电极反应：LiFePO4-xe-═Li（1-x）FePO4+xLi+．
（4）LiOH是制备锂离子电池正极材料的重要原料，其电解法制备的装置如图2．气体a通入淀粉KI溶液中，发现溶液变蓝，持续一段时间后，蓝色逐渐褪去．则M极为电源的负（填“正”或“负”）极，B极区电解液为LiCl溶液（填化学式），该离子交换膜是阳（填“阳”或“阴”）离子交换膜．解释蓝色褪去的原因气体a（Cl2）将I2氧化成更高价态的碘的化合物．
9．有机物A的结构简式是，它可以通过不同的反应得到下列物质：
B．  C．  D．
（1）写出A制取C、D两种物质的有机反应类型：C消去反应D取代反应．
（2）写出由A制取B的化学方程式：+H2O．

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