Question

3．明矾石的主要成分为K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，此外还含有少量Fe₂O₃杂质．某校研究小组利用明矾石制备氢氧化铝的流程如图：

（1）配平“焙烧”过程中反应的化学方程式：
2Al₂（SO₄）₃+3S═2Al₂O₃+9SO₂↑．
（2）分离溶液和废渣的操作是过滤，“溶解”时反应的离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（3）“调节pH”后过滤、洗涤Al（OH）₃沉淀，证明沉淀已洗涤干净的实验操作和现象是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．
（4）“母液”中可回收的物质是K₂SO₄；Na₂SO₄．
（5）若“焙烧”过程中恰好消耗48g硫黄，则理论上最终可得到468 g氢氧化铝．

Answer 1

分析 根据元素守恒和得失电子守恒，硫酸铝和硫单质发生的是氧化还原反应，氧化产物和含有产物为二氧化硫，可知焙烧炉中发生反应，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）根据元素守恒和得失电子守恒，硫酸铝和硫单质发生的是氧化还原反应，氧化产物和含有产物为二氧化硫，可知焙烧炉中发生反应的化学方程式为2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂；
（2）分离溶液和废渣的操作用过滤，氢氧化钠与氧化铝反应生成偏铝酸钠和水；
（3）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；
（4）“母液”中含有硫酸盐；
（5）依据化学方程式中定量关系确定明矾石的主要成分为K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O物质的量，结合铝元素守恒计算得到氢氧化铝的理论值．

解答 解：根据元素守恒和得失电子守恒，硫酸铝和硫单质发生的是氧化还原反应，氧化产物和含有产物为二氧化硫，可知焙烧炉中发生反应，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）硫酸铝和硫单质发生的是氧化还原反应，氧化产物和含有产物为二氧化硫，反应中硫元素化合价由Al₂（SO₄）₃中S元素的+6价降低，单质硫中S的化合价升高，令产物中S的化合价为+x价，根据得失电子守恒可知6（6-x）=3（x-0），则x=4，所以生成产物为SO₂，则反应的化学方程式为2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂，
故答案为：2，3，2，9SO₂；
（2）分离溶液和废渣的操作用过滤，氢氧化钠与氧化铝反应生成偏铝酸钠和水，反应的离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案为：过滤，Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（3）Al（OH）₃沉淀具有吸附性，可吸附硫酸根离子，通过检验硫酸根离子的方法进行实验，方法为取最后一次洗涤的流出液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成则已洗涤干净，
故答案为：取最后一次洗涤的流出液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成则已洗涤干净；
（4）根据流程分析可知“母液”中含有硫酸盐中含有K₂SO₄、Na₂SO₄，都可回收利用，
故答案为：K₂SO₄；Na₂SO₄；
（5）2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Al₂O₃+9SO₂，依据铝元素守恒计算，若“焙烧”过程中恰好消耗48g硫黄物质的量=$\frac{48g}{32g/mol}$=1.5mol，反应的2Al₂（SO₄）₃物质的量为1mol，K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O物质的量为1mol，
K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O～6Al（OH）₃，
1                      6×78
1mol                      m
则理论上最终可得到m=468g
故答案为：468．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握制备流程中的反应、混合物分离提纯方法为解答的关键，注意离子反应、氧化还原反应及离子检验的综合应用，侧重分析、实验能力的考查，题目难度中等．