Question

5．明矾石的主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，还含有少量Fe₂O₃杂质．利用明矾石制备氢氧化铝的流程如下：

（1）焙烧炉中发生反应的化学方程式为2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂，标出电子转移的方向和数目．
（2）将标准状况下，1.12L炉气通入100mL 0.5mol/L NaOH溶液中，得到一种酸性溶液，则该溶液中各种离子浓度由大到小的排列顺序为c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．
（3）熟料溶解时反应的离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（4）检验废渣中含有Fe₂O₃所需的试剂是稀HCl和KSCN溶液．
（5）母液中溶质主要成分的化学式为K₂SO₄和Na₂SO₄，溶液调节pH后经过滤、洗涤可得Al（OH）₃沉淀，证明沉淀已洗涤干净的实验操作和现象是：取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成，证明已洗净．

Answer 1

分析 （1）所含元素化合价降低的反应物是氧化剂；反应中硫单质中硫元素化合价由0价升高为SO₂中+4价，硫单质为还原剂，单线桥标注转移电子数目；
（2）根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算二氧化硫的物质的量，根据n（SO₂）：n（NaOH）确定反应产物，再结合溶液呈酸性进行判断；
（3）由工艺流程可知，熟料溶解为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠；
（4）废渣中加入盐酸，滴加KSCN溶液，若溶液被红色，说明废渣中含有Fe₂O₃；
（5）由工艺流程可知，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、Na⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸调PH值，AlO₂^-转化为Al（OH）₃，母液中离子主要有K⁺、Na⁺、SO₄^2-．Al（OH）₃沉淀会附着K⁺、Na⁺、SO₄^2-等，用BaCl₂溶液检验最后的洗涤液中是否含有SO₄^2-，确定是否洗涤干净．

解答 解：（1）反应中硫元素化合价由Al₂（SO₄）₃中+6价降低为SO₂中+4价，故Al₂（SO₄）₃是氧化剂，反应中硫单质中硫元素化合价由0价升高为SO₂中+4价，硫单质为还原剂，电子转移总数12，单线桥标注电子转移为，
故答案为：；
（2）1.12L二氧化硫的物质的量为$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，n（NaOH）=0.1L×0.5mol/L=0.05mol，n（SO₂）：n（NaOH）=0.05mol：0.05mol=1：1，故反应后溶液中溶质为NaHSO₃，溶液呈酸性，说明HSO₃^-的电离程度大于水解程度，同时水电离生成氢离子，故c（H⁺）＞c（SO₃^2-），HSO₃^-电离程度不大，故c（HSO₃^-）＞c（H⁺），溶液c（OH^-）等于水电离生成，浓度很小，故溶液中离子浓度由大到小的排列顺序为c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）；
（3）由工艺流程可知，熟料溶解为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（4）废渣中加入盐酸，滴加KSCN溶液，若溶液被红色，说明废渣中含有Fe₂O₃，
故答案为：盐酸、KSCN溶液；
（5）由工艺流程可知，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、Na⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸调PH值，AlO₂^-转化为Al（OH）₃，母液中离子主要有K⁺、Na⁺、SO₄^2-，含有溶质为K₂SO₄、Na₂SO₄，
Al（OH）₃沉淀会附着K⁺、Na⁺、SO₄^2-等，取最后的洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成则已洗涤干净．
故答案为：K₂SO₄、Na₂SO₄；取最后的洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成则已洗涤干净．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、氧化还原反应、离子浓度大小比较、离子检验、实验方案设计等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．（2）中注意先根据计算确定反应后溶液中溶质．