Question

20．过硫酸氢钾复盐（K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅）易分解，可用作漂白剂、NO_x、SO₂等废气脱除剂．某研究小组制备过硫酸氢钾复盐的流程如图1：

（1）在“转化”中，用冰水浴冷却，原因是浓硫酸与H₂O₂溶液混合时，大量放热，温度高，H₂O₂易分解．浓硫酸与H₂O₂反应，部分转化为过硫酸（H₂SO₅），
写出此反应的化学方程式H₂SO₄+H₂O₂?H₂SO₅+H₂O
（2）已知H₂SO₅为一元强酸．结晶操作中，加入K₂CO₃即可获得过硫酸氢钾复盐晶体，该过程的离子反应方程式为10K⁺+5CO₃^2-+4SO₄^2-+4HSO₅^-+12H⁺=5CO₂↑+2K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅↓+5H₂O；操作中，K₂CO₃溶液需分批缓慢加入，目的是控制加入的K₂CO₃的量，避免反应过于激烈．过硫酸氢钾复盐产率（以产品含量氧表示）随溶液pH和温度的变化关系如图2所示．则该过程适宜的条件是0℃、pH=2左右
（3）过滤后，用无水乙醇洗涤沉淀，目的是洗除晶体表面的杂质和便于晶体干燥．
（4）烘干产品时，用红外灯低于40℃烘干，可能的原因是产品在40℃以上易分解．

Answer 1

分析 （1）过氧化氢受热易分解；浓硫酸与H₂O₂反应，部分转化为过硫酸H₂SO₅和水；
（2）H₂SO₅与K₂CO₃即可获得过硫酸氢钾复盐晶体，因为H₂SO₅为一元强酸，故还有二氧化碳生成；操作中，为避免反应过于剧烈，K₂CO₃溶液需分批缓慢加入；根据图示，过硫酸氢钾复盐产率（以产品含量氧表示）最大时为该反应的适宜条件；
（3）无水乙醇洗涤沉淀，可以洗除晶体表面的杂质，同时乙醇易挥发，便于晶体干燥；
（4）根据过硫酸氢钾复盐（K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅）易分解分析可得．

解答 解：（1）浓硫酸与H₂O₂溶液混合时，大量放热，温度高，H₂O₂易分解，故在“转化”中，用冰水浴冷却；浓硫酸与H₂O₂反应，部分转化为过硫酸H₂SO₅和水，反应为：H₂SO₄+H₂O₂?H₂SO₅+H₂O；
故答案为：浓硫酸与H₂O₂溶液混合时，大量放热，温度高，H₂O₂易分解；H₂SO₄+H₂O₂?H₂SO₅+H₂O；
（2）H₂SO₅与K₂CO₃即可获得过硫酸氢钾复盐晶体，因为H₂SO₅为一元强酸，故还有二氧化碳生成，则离子方程式为：10K⁺+5CO₃^2-+4SO₄^2-+4HSO₅^-+12H⁺=5CO₂↑+2K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅↓+5H₂O；为避免反应过于剧烈，K₂CO₃溶液需分批缓慢加入；根据图示，0℃、pH=2左右时，过硫酸氢钾复盐产率（以产品含量氧表示）最大，故此条件为最适宜条件；
故答案为：10K⁺+5CO₃^2-+4SO₄^2-+4HSO₅^-+12H⁺=5CO₂↑+2K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅↓+5H₂O；控制加入的K₂CO₃的量，避免反应过于激烈；0℃、pH=2左右；
（3）无水乙醇洗涤沉淀，可以洗除晶体表面的杂质，同时乙醇易挥发，便于晶体干燥；
故答案为：便于晶体干燥；
（4）过硫酸氢钾复盐（K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅）易分解，则烘干产品时，用红外灯低于40℃烘干，可能的原因是产品在40℃以上易分解；
故答案为：产品在40℃以上易分解．

点评 本题以物质制备为载体，考查学生对原理的分析理解、物质的分离提纯、实验方案设计、信息获取与迁移运用等，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．