Question

从明矾[KAl（SO₄）₂?12H₂O]制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程如下：
明矾焙烧的化学方程式为：4KAl（SO₄）₂?12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O
请回答下列问题：
（1）在焙烧明矾的反应中，氧化剂是

 

．
（2）步骤②中，为提高浸出率，可采取的措施有

 

．
A．粉碎固体混合物　　　B．降低温度C．不断搅拌　　　　　　D．缩短浸泡时间
（3）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是

 

．
（4）步骤③电解的化学方程式是

 

，电解池的电极是用碳素材料做成，电解过程中，阳极材料需要定期更换，原因是：

 

．
（5）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，则该电池的正极电极反应式是

 

．
（6）焙烧a吨明矾（摩尔质量为b g/mol），若SO₂ 的转化率为96%，可生产质量分数为98%的H₂SO₄质量为

 

吨（列出计算表达式）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：从明矾[KAl（SO₄）₂?12H₂O]制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程：过程①明矾和硫焙烧，4KAl（SO₄）₂?12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O，气体二氧化硫与氧气在五氧化二矾作催化剂的作用下生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，SO₃+H₂O=H₂SO₄，制得硫酸；过程②焙烧所得固体混合物，用水浸，为提高浸出率，可采取粉碎固体混合物、不断搅拌，从水浸后的滤液中蒸发结晶得到K₂SO₄晶体，步骤③电解Al₂O₃，制得Al．
（1）依据化学方程式中元素化合价变化分析判断，元素化合价降低的做氧化剂，元素化合价升高的做还原剂；（2）矿石的颗粒大小、温度及是否搅拌等会影响浸取率；
（3）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体运用蒸发溶剂水的方法得到；
（4）步骤③电解Al₂O₃，制得Al，阳极材料需要定期地进行更换，原因是该极材料不断被消耗；
（5）放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，Ni元素化合价降低，被还原，应为原电池正极反应；
（6）依据硫元素守恒计算得到．

解答： 解：从明矾[KAl（SO₄）₂?12H₂O]制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程：过程①明矾和硫焙烧，4KAl（SO₄）₂?12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O，气体二氧化硫与氧气在五氧化二矾作催化剂的作用下生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，SO₃+H₂O=H₂SO₄，制得硫酸；过程②焙烧所得固体混合物，用水浸，为提高浸出率，可采取粉碎固体混合物、不断搅拌，从水浸后的滤液中蒸发结晶得到K₂SO₄晶体，步骤③电解Al₂O₃，制得Al．
（1）4KAl（SO₄）₂?12H₂O+3S═2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O反应中，硫单质硫元素化合价0价，升高到SO₂中为+4价，硫酸根离子中硫元素化合价从+6价变化为SO₂中+4价，则S为还原剂，被氧化，KAl（SO₄）₂?12H₂O为氧化剂，被还原，
故答案为：KAl（SO₄）₂?12H₂O；
（2）由于酸浸时矿石颗粒大小影响浸取率，可以通过粉碎矿石提高浸取率，还可以适当升高温度或者搅拌提高浸取率，
故答案为：AC；
（3）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体运用蒸发结晶的方法得到，需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：蒸发结晶；
（4）电解熔融氧化铝，阳极氯离子放电生成氯气，阴极是铝离子放电生成铝，反应的化学方程式为2Al₂O₃

冰晶石      .

970℃电解

4Al+3O₂↑，在冶炼过程中，阳极材料碳被氧气氧化成一氧化碳，反应为C+O₂

高温  .

CO₂或2C+O₂

高温  .

2CO，所以需定期地进行更换，
故答案为：2Al₂O₃

冰晶石      .

970℃电解

4Al+3O₂↑；阳极中碳被氧化成CO₂（CO）；
（5）放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，Ni元素化合价降低，被还原，应为原电池正极反应，电极方程式为NiO（OH）+H₂O+e^-═Ni（OH）₂+OH^-，
故答案为：NiO（OH）+H₂O+e^-═Ni（OH）₂+OH^-；
（6）焙烧a吨明矾（摩尔质量为b g/mol），4KAl（SO₄）₂?12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O，生成SO₂物质的量为

a×106g

bg/mol

×

9mol

4mol

，SO₂ 的转化率为96%，物质的量为

a×106g

bg/mol

×

9mol

4mol

×96%，可生产质量分数为98%的H₂SO₄质量为

a×106g/t

bg/mol

×

9mol

4mol

×96%×

98g/mol

98%×106g/t

=

9mol×98g/mol×96%×a

4mol×bg/mol×98%

=

216a

b

，
故答案为：

a×106g/t

bg/mol

×

9mol

4mol

×96%×

98g/mol

98%×106g/t

=

9mol×98g/mol×96%×a

4mol×bg/mol×98%

=

216a

b

．

点评：本题以铝的化合物为载体考查了物质间的反应、物质的分离和提纯等知识点，明确物质之间的反应是解本题关键，再结合原子守恒来分析解答，这种综合性较强的题型是高考热点，需利用基础知识细心分析解答，题目难度中等．