Question

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图：

（1）焙烧炉中发生反应的化学方程式为2Al₂（SO₄）₃+3S

高温  .

2Al₂O₃+9SO₂，该反应的氧化剂是

 

，若生成1mol Al₂O₃，则转移的电子数为

 

．
（2）将标况下1.12L炉气通入100mL 0.5mol?L^-1 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

 

．
（3）熟料溶解时反应的离子方程式为

 

．
（4）母液中溶质主要成分的化学式为

 

，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

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：焙烧炉中发生反应的化学方程式为2Al₂（SO₄）₃+3S

高温  .

2Al₂O₃+9SO₂，故生成炉气中含二氧化硫，熟料中含氧化铝、氧化铁、硫酸钾等，加入氢氧化钠和水，
氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，氧化铁不反应，过滤，滤渣中含氧化铁，滤液中含偏铝酸钠和硫酸钾、氢氧化钠等；用硫酸调节pH，得到氢氧化铝沉淀和硫酸钠、硫酸钾，过滤得母液中含硫酸钾、硫酸钠溶质．
（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，计算生成1molAl₂O₃需要硫的物质的量，转移电子是硫单质的4倍，再根据N=nN_A转移电子数目；
（2）根据n=

V

Vm

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）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-，据此判断；Al（OH）₃沉淀具有吸附性，可吸附硫酸根离子，通过检验硫酸根离子的方法进行实验．

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，生成1molAl₂O₃需要硫的物质的量为1mol×

3

2

=1.5mol，转移电子的物质的量为1.5mol×4=6mol，转移电子数目为6mol×6.02×10²³mol^-1=3.612×10²⁴，
故答案为：Al₂（SO₄）₃；3.612×10²⁴；
（2）1.12L二氧化硫的物质的量为

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）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沉淀具有吸附性，可吸附硫酸根离子，通过检验硫酸根离子的方法进行实验，方法为取最后一次洗涤的流出液于试管中，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；取最后一次洗涤的流出液于试管中，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．