Question

17．纳米氧化铝在陶瓷、电子、生物医药等方面有广泛的用途，它可通过硫酸铝铵晶体热分解得到[已知：硫酸铝铵晶体的化学式为Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O，相对分子质量为906]．制备硫酸铝铵晶体的实验流程如下：

（1）H₂O₂氧化FeSO₄的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2 Fe³⁺+2H₂O．
（2）加入氨水的目的是沉淀杂质Fe³⁺，其化学反应方程式为Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O═2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄．
（3）若要保证产品的纯度，必须检验加入氨水后杂质是否除尽．其实验操作是：用试管取少量滤液，加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则说明杂质已除净．
（4）上述流程中，“分离”所包含的操作依次为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；请完成硫酸铝铵晶体高温分解的化学方程式：2Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O═2Al₂O₃+4NH₃↑+8SO₃↑+50H₂O．
（5）取4.53g 硫酸铝铵晶体加热分解，最终剩余0.51g Al₂O₃固体．加热过程中，固体质量随温度的变化如图2所示．请计算确定400℃时（硫酸铵未分解）剩余固体成分的化学式为（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O（H：1  N：14O：16  Al：27  S：32）

Answer 1

分析 由工艺流程可知，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氨水调节溶液pH值，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃过滤除去，过滤后滤液主要含硫酸铵，氢氧化铝与硫酸混合反应生成硫酸铝溶液，再将硫酸铵和硫酸铝溶液混合反应，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作，最终得到硫酸铝铵晶体．
（1）加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺；
（2）加入氨水调节溶液pH值，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃；
（3）过滤后的滤液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液检验是否含有Fe³⁺；
（4）流程中“分离”是从溶液中获得晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等；
反应中各元素化合价未变，没有发生氧化还原反应，根据原子守恒配平，可知缺项物质为水；
（5）4.53g硫酸铝铵晶体的物质的量为$\frac{4.53g}{453g/mol}$=0.01mol，4.53g硫酸铝铵晶体中水的质量为0.01mol×12×18g/mol=2.16g，加热400℃时固体质量减少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g，故未完全失去结晶水，计算晶体中剩余结晶水的质量，进而计算剩余固体中n[（NH₄）Al（SO₄）₂]：n（H₂O），据此书写化学式．

解答 解：由工艺流程可知，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氨水调节溶液pH值，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃过滤除去，过滤后滤液主要含硫酸铵，氢氧化铝与硫酸混合反应生成硫酸铝溶液，再将硫酸铵和硫酸铝溶液混合反应，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作，最终得到硫酸铝铵晶体．
（1）加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，反应离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2 Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2 Fe³⁺+2H₂O；
（2）加入氨水调节溶液pH值，Fe³⁺使转化为Fe（OH）₃，反应方程式为：Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O═2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄
故答案为：沉淀杂质Fe³⁺；Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O═2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄；
（3）过滤后的滤液中可能含有Fe³⁺，取少许滤液于试管中，加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则杂质已除尽．
故答案为：加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色；
（4）流程中“分离”是从溶液中获得晶体，操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等，
反应中各元素化合价未变，没有发生氧化还原反应，根据原子守恒，可知缺项物质为水，配平后反应方程式为：2Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O═2Al₂O₃+4NH₃↑+8SO₃↑+50H₂O，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；2、4、8、50H₂O；
（5）4.53g硫酸铝铵晶体的物质的量为$\frac{4.53g}{453g/mol}$=0.01mol，
4.53g硫酸铝铵晶体中水的质量为0.01mol×12×18g/mol=2.16g，
加热400℃时固体质量减少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g
剩余固体中结晶水的物质的量为$\frac{2.16g-2.07g}{18g/mol}$=0.005mol．
剩余固体中n[（NH₄）Al（SO₄）₂]：n（H₂O）=0.01mol：0.005mol=2：1，
故400℃时剩余固体成分的化学式为（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O，
故答案为：（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O．

点评 本题属于物质制备工艺流程题目，考查镁铝及其化合物的性质、对工艺流程理解、常用化学用语、盐类水解、物质的分离提纯与离子检验、化学计算等，综合性较大，难度较高，需要学生具备扎实的基础与运用知识分析解决问题的能力．