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下：

(1)焙烧炉中发生反应的化学方程式为2Al₂(SO₄)₃+3S2Al₂O₃+9SO₂，该反应的氧化剂是_______。若生成l molAl₂O₃，则转移的电子数为__________________。
(2)熟料溶解时，反应的离子方程式为___________________________________________。
(3)母液中溶质主要成分的化学式为_____________________________________________。
(4)将标准状况下1.12L炉气通入100mL 0．5mol·L^-1NaOH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____________________________。
(5)检验废渣中主要成分的方法是_____________________________________________________(写出操作步骤、现象及结论)。

Answer 1

（14分）（1）Al₂(SO₄)₃（2分）；3.612×10²⁴（2分） （2）Al₂O₃＋3H₂O＋2OH^-＝2[Al(OH)₄]^－（2分）
（3）K₂SO₄、Na₂SO₄（2分，每式1分，有错误不得分）
（4）c(Na⁺)＞c(HSO₃^-)＞c(H⁺)＞c(SO₃^2-)＞c(OH^－)（3分，有错不得分）
（5）取少量废渣，加入适量稀H₂SO₄，溶解后滴加KSCN溶液，溶液变红色，说明废渣中含有Fe₂O₃（3分，步骤、现象和结论各1分）

解析试题分析：（1）根据方程式可知，反应中硫元素化合价由Al₂(SO₄)₃中＋6价降低为SO₂中＋4价，得到2个电子，发生还原反应，所以Al₂(SO₄)₃是氧化剂。反应中硫元素化合价由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×＝1.5mol，所以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。
（2）氧化铝是两性氧化物，能溶于氢氧化钠溶液中，所以由工艺流程可知，熟料溶解为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，反应离子方程式为Al₂O₃＋3H₂O＋2OH^-＝2[Al(OH)₄]^－。
（3）由工艺流程可知，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、Na⁺、SO₄^2-、[Al(OH)₄]^－、OH^-等，加硫酸调pH值，[Al(OH)₄]^－转化为Al(OH)₃沉淀而析出，母液中离子主要有K⁺、Na⁺、SO₄^2-，因此含有溶质为K₂SO₄、Na₂SO₄。
（4）标准状况下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，即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^-的电离程度大于其水解程度，同时水电离生成氢离子，所以溶液中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，因此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^－)。
（5）由工艺流程可知，废渣的主要成分为Fe₂O₃，可以通过检验铁离子来检验氧化铁。即取少量废渣，加入适量盐酸溶解，再滴加KSCN溶液，若溶液被红色，说明废渣中含有Fe₂O₃。
考点：考查学生对工艺流程的理解、氧化还原反应的有关判断和计算、离子浓度大小比较、离子检验、实验方案设计等