Question

17．某研究性学习小组模拟工业生产过程进行试验．请回答下列问题：
（1）用如图所示的装置向500-600℃的铁屑中通入氯气制取无水氯化铁的实验中，实验开始前应如何检查装置的气密性．
（2）用如图所示的装置向炽热铁屑中通入氯化氢制取无水氯化亚铁的实验中，装置A用来制取．若仍用D的装置进行尾气处理，存在的问题是易发生倒吸，缺少防止水蒸汽进入C中装置、通入氯化氢（赶尽装置中的空气）．
若操作不当，制得的FeCl₂会含有少量FeCl₃．欲制得纯净的FeCl₂，在实验操作中应先，再点燃C处的酒精灯．
（3）从明矾[KAl（SO₄）₂•12H₂O]制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程如下．

①反应①的化学方程式是4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O．
②从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是蒸发、结晶．步骤③的化学方程式是2Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃电解}$4Al+3O₂↑；．
③焙烧a吨明矾（摩尔质量为b g/mol），若SO₂的转化率为96%，可生产质量分数为98%的H₂SO₄质量为$\frac{216a}{b}$吨（列出计算表达式）．

Answer 1

分析 （1）装置气密性检验的原理是：通过气体发生器与附设的液体构成封闭体系，依据改变体系内压强时产生的现象（如气泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）来判断装置气密性的好坏；
（2）制取无水氯化亚铁，需要HCl气体，尾气的成分是剩余HCl和生成的氢气，HCl极易溶解于水，缺少防止水蒸汽进入C中装置，氢气不能溶于水；若要制取纯净的FeCl₂，需先点燃A处的酒精灯排除装置中的空气，再点燃C处的酒精灯；
（3）从明矾[KAl（SO₄）₂•12H₂O]制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程：过程①明矾和硫焙烧，4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O，气体二氧化硫与氧气在五氧化二矾作催化剂的作用下生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，SO₃+H₂O=H₂SO₄，制得硫酸；过程②焙烧所得固体混合物，用水浸，为提高浸出率，可采取粉碎固体混合物、不断搅拌，从水浸后的滤液中蒸发结晶得到K₂SO₄晶体，步骤③电解Al₂O₃，制得Al．
①“焙烧”过程中得到SO₂与固体混合物，而固体混合物进行水浸，过滤得到Al₂O₃与K₂SO₄，则焙烧”过程中得到SO₂、Al₂O₃、K₂SO₄，同时有水生成，配平是化学方程式；
②从溶液中获得晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作；步骤③为氧化铝电解生成铝和氧气；
③将SO₂的利用率转化为KAl（SO₄）₂•12H₂O的利用率，由焙烧”过程中反应方程式，及硫元素守恒，可得关系式：4KAl（SO₄）₂•12H₂O～9H₂SO₄，据此计算．

解答 解：（1）装置气密性检验的原理是：通过气体发生器与附设的液体构成封闭体系，改变体系内压强，生成气泡或形成水柱是常用的方法，所以图1装置，检查装置的气密性，把B、D中导管下端浸入水中，用洒精灯给烧瓶微热，看到B、D中导管下口有气泡冒出，停止加热后，有一段稳定的水柱，说明装置不漏气，
故答案为：把B、D中导管下端浸入水中，用洒精灯给烧瓶微热，看到B、D中导管下口有气泡冒出，停止加热后，有一段稳定的水柱，说明装置不漏气；
（2）制取无水氯化亚铁，需要HCl气体，故A装置制取的是HCl，反应方程式为：Fe+2HCl$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$FeCl₂+H₂，故尾气的成分为未反应的HCl和生成的氢气，由于HCl极易溶于水，故若仍然采用D装置进行尾气处理，很容易造成倒吸，且缺少防止水蒸汽进入C中装置，氢气不溶于水，不利于氢气的吸收，氢气易燃，造成安全隐患，若要制取纯净的FeCl₂，需先排净装置中的空气，防止在加热时Fe与O₂反应，故先点燃A处的酒精灯，再点燃C处的酒精灯，
故答案为：HCl； 易发生倒吸，缺少防止水蒸汽进入C中装置； 通入氯化氢（赶尽装置中的空气）；
（3）①“焙烧”过程中得到SO₂与固体混合物，而固体混合物进行水浸，过滤得到Al₂O₃与K₂SO₄，则焙烧”过程中得到SO₂、Al₂O₃、K₂SO₄，同时有水生成，发生反应为：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+2K₂SO₄+9SO₂↑+48H₂O，
故答案为：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O；
②从溶液中获得晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作，步骤③为电解氧化铝，氧化铝熔点高，用冰晶石作助熔剂，电解氧化铝生成铝和氧气，反应为：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃电解}$4Al+3O₂↑，
故答案为：蒸发、结晶；2Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃电解}$4Al+3O₂↑；
③设可生产x吨质量分数为98%的硫酸，则：
4KAl（SO₄）₂•12H₂O～9H₂SO₄，
4×b              9×98
at×96%          xt×98%    解得：x=$\frac{216a}{b}$，
故答案为：$\frac{216a}{b}$．

点评 本题以氯化铁以及氯化亚铁、Al、K₂SO₄和H₂SO₄制取为载体，考查的是实验室中氯气的制取方法、常见尾气的处理方法以及铁离子的检验等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．