Question

【题目】明矾石和碱式碳酸铝镁[MgaAlb（OH）c（CO3）dxH2O]在生产生活中都有着极为重要的应用．某研究小组对用明矾石制取氢氧化铝等物质，以及碱式碳酸铝镁的组成展开了如下研究，请你参与并完成对有关问题的解答
（1）明矾石是制取化肥和氢氧化铝的重要原料，明矾石的组成和明矾相似，此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质．具体实验步骤如图1所示：

①操作I的名称为
②混合肥料的主要成分是（写化学式）．检验滤液Ⅱ中是否含有NH4+的方法是：取少货滤液Ⅱ于试管中，向其中加入适量的NaOH溶液，加热，若产生气体能够使 ， 则证明滤液Ⅱ中含有NH4+
③一定条件下，下列物质能与沉淀Ⅱ发生反应的是（填字母）
a．KSCN 溶液 b．Al c．NaOH 溶液
④空气能够为沉淀反应提供足量的（写化学式）．
（2）碱式碳酸铝镁是常见胃药“达喜”的主要成分．为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行了如下实验：
①取碱式碳酸铝镁粉末6.02g，缓缓加入2.0molL﹣1盐酸使其充分混合反应，反应过程中产生气体的体积V（气体）和消耗盐酸的体积V（HC1）的关系如图2所示，则碱式碳酸铝镁中氢氧根与碳酸根的物质的量之比为
②将①反应后得到的混合液再和过量的氢氧化钠溶液充分混合，反应完全后经过过滤、洗涤、干燥得沉淀3.48g，则碱式碳酸铝镁的化学式为 ．

Answer 1

【答案】
（1）冷却结晶；K2SO4、（NH4）2SO4；湿润的红色石蕊试纸变蓝；b；CO2
（2）16：1；Mg6Al2（OH）16CO3?4H2O
【解析】解：（1.）明矾石含有Al2O3和Fe2O3等杂质，加足量的稀氨水，明矾石中的铝离子与氨水反应，过滤后沉淀I中含Al2O3、Fe2O3、Al（OH）3 ， 溶液I中含钾离子、铵根离子、硫酸根离子，滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到硫酸钾、硫酸铵晶体．Al2O3、Fe2O3、Al（OH）3中加入氢氧化钠，Fe2O3与氢氧化钠不反应，Al2O3、氢氧化铝与氢氧化钠反应：Al（OH）3+NaOH═NaAlO2+2H2O，Al2O3+2NaOH═2NaAlO2+H2O，滤液中含有NaAlO2溶液，沉淀Ⅱ为氧化铁，滤液中通入足量的空气，发生反应：NaAlO2+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+NaHCO3 ， 再过滤得到氢氧化铝，溶液Ⅲ中含有NaHCO3 ． ①操作I是从溶液中获得晶体，需要结构蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作，故答案为：冷却结晶；②由上述分析可知，混合肥料的主要成分是K2SO4、（NH4）2SO4 ， 检验滤液Ⅱ中是否含有NH4+的方法是：取少货滤液Ⅱ于试管中，向其中加入适量的NaOH溶液，加热，若产生气体能够使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则证明滤液Ⅱ中含有NH4+ ， 故答案为：K2SO4、（NH4）2SO4；湿润的红色石蕊试纸变蓝；③沉淀Ⅱ为氧化铁，Al能与氧化铁发生铝热反应，故选：b；④空气能够为沉淀反应提供足量的：CO2 ， 故答案为：CO2；
（2.）①加入盐酸，第一阶段反应本质为：OH﹣+H+=H2O、CO32﹣+H+=HCO3﹣；生成气体的反应本质为：HCO3﹣+H+=CO2↑+H2O，生成二氧化碳消耗盐酸（90﹣85）mL=5mL，则n（CO32﹣）=n（HCO3﹣）=0.005L×2mol/L=0.01mol，故n（OH﹣）=0.085L×2mol/L﹣0.01mol=0.16mol，故则碱式碳酸铝镁中n（OH﹣）：n（CO32﹣）=0.16mol：0.01mol=16：1，故答案为：16：1；②加入过量的氢氧化钠溶液，反应完全后经过过滤、洗涤、干燥得沉淀3.48g为氢氧化镁的质量，则n[Mg（OH）2]= =0.06mol，达喜中n（Mg2+）=n[Mg（OH）2]=0.06mol，
利用电荷守恒2n（Mg2+）+3n（Al3+）=n（OH﹣）+2n（CO32﹣），故3n（Al3+）=0.16mol+0.01mol×2﹣0.06mol×2=0.06mol，故n（Al3+）=0.02mol，
故：m（CO32﹣）=0.01 mol×60 gmol﹣1=0.6 g
m（OH﹣）=0.16 mol×17 gmol﹣1=2.72 g
m（Mg2+）=0.06 mol×24 gmol﹣1=1.44 g
m（Al3+）=0.02 mol×27 gmol﹣1=0.54 g所以，m（H2O）=6.02g﹣0.6g﹣2.72g﹣1.44g﹣0.54g=0.72g，故n（H2O）= =0.04 mol则n（Mg2+）：n（Al3+）：n（OH﹣）：n（CO32﹣）：n（H2O）=0.02：0.06：0.16：0.01：0.04=6：2：16：1：4，达喜的组成为Mg6Al2（OH）16CO34H2O，故答案为：Mg6Al2（OH）16CO34H2O．
（1.）明矾石含有Al2O3和Fe2O3等杂质，加足量的稀氨水，明矾石中的铝离子与氨水反应，过滤后沉淀I中含Al2O3、Fe2O3、Al（OH）3 ， 溶液I中含钾离子、铵根离子、硫酸根离子，滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到硫酸钾、硫酸铵晶体．Al2O3、Fe2O3、Al（OH）3中加入氢氧化钠，Fe2O3与氢氧化钠不反应，Al2O3、氢氧化铝与氢氧化钠反应：Al（OH）3+NaOH═NaAlO2+2H2O，Al2O3+2NaOH═2NaAlO2+H2O，滤液中含有NaAlO2溶液，沉淀Ⅱ为氧化铁，滤液中通入足量的空气，发生反应：NaAlO2+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+NaHCO3 ， 再过滤得到氢氧化铝，溶液Ⅲ中含有NaHCO3 ．
（2.）①加入盐酸，第一阶段反应本质为：OH﹣+H+=H2O、CO32﹣+H+=HCO3﹣；生成气体的反应本质为：HCO3﹣+H+=CO2↑+H2O，结合消耗盐酸计算n（OH﹣）、n（CO32﹣）；②加入过量的氢氧化钠溶液，反应完全后经过过滤、洗涤、干燥得沉淀3.48g为氢氧化镁的质量，根据n= 计算n[Mg（OH）2]，达喜中n（Mg2+）=n[Mg（OH）2]，利用电荷守恒2n（Mg2+）+3n（Al3+）=n（OH﹣）+2n（CO32﹣）计算n（Al3+），根据结合样品质量求得水的质量，再根据根据n= 计算n（H2O），据此确定n（Mg2）：n（Al3+）：n（OH﹣）：n（CO32﹣）：n（H2O），据此书写化学式．