Question

以明礬石[主要成分為K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃?6H₂O]為原料生產(chǎn)硫酸鋁晶體[Al₂（SO₄）₃?18H₂O]和明礬[KAl（SO₄）₂?12H₂O]的實驗流程如下：

兩種不同形態(tài)的氧化鋁的部分性質(zhì)如下表：

物質(zhì)	α-Al2O3	γ-Al2O3
性質(zhì)	不溶于水和酸	不溶于水，溶于強酸或強堿，加熱至1200℃可轉(zhuǎn)化為α-Al2O3

Al₂（SO₄）₃、明礬在不同溫度下的溶解度如下表：

溫度/℃ 溶解度/g	0	20	40	60	80	100
Al2（SO4）3	31.2	36.4	46.1	59.2	73.0	89.0
明礬	3.0	5.9	11.7	25	71	154

（1）①理論上得到硫酸鋁晶體與明礬的物質(zhì)的量之比為

 

．
②“焙燒”溫度過高，會導致硫酸鋁晶體產(chǎn)量降低，其原因是

 

．
（2）從“母液”制備硫酸鋁晶體的實驗步驟為：①

 

；②

 

；③過濾、洗滌、干燥．
（3）測定硫酸鋁晶體樣品中Al₂（SO₄）₃?18H₂O質(zhì)量分數(shù)的實驗步驟為（EDTA分別能與Al³⁺或Pb²⁺以物質(zhì)的量之比1：1進行反應）：
步驟1：準確稱取硫酸鋁晶體樣品mg，溶于25mL水中．
步驟2：加入c₁ mol?L^-1EDTA溶液V₁mL（過量），煮沸、冷卻，稀釋至100mL．
步驟3：取25.00mL上述稀釋液，滴加指示劑，用c₂ mol?L^-1 Pb（NO₃）₂標準溶液滴定過量的EDTA溶液，達到終點時消耗v₂mL Pb（NO₃）₂標準溶液．
①步驟2中“稀釋至100mL”時，需要用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、量筒、

 

．
②根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算，該樣品中Al₂（SO₄）₃?18H₂O的質(zhì)量分數(shù)為

 

（用含字母的代數(shù)式表示）．
③若樣品中含有可與EDTA反應的雜質(zhì)離子，所測定的Al₂（SO₄）₃?18H₂O的質(zhì)量分數(shù)將會

 

（填“偏高”、“偏低”或“不變”）．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)鉀原子、鋁原子守恒確定二者的物質(zhì)的量之比；
②溫度過高導致γ-A1₂O₃轉(zhuǎn)化為難溶于硫酸的α-Al₂O₃；
（2）根據(jù)從溶液中制取晶體的步驟來分析；
（3）①根據(jù)儀器的作用選取儀器；
②根據(jù)硝酸鉛的物質(zhì)的量計算參加反應的EDTA的物質(zhì)的量，再根據(jù)剩余EDTA的物質(zhì)的量計算參加反應的鋁離子的物質(zhì)的量，根據(jù)質(zhì)量分數(shù)公式計算其質(zhì)量分數(shù)；
③若樣品中含有可與EDTA反應的雜質(zhì)離子，導致EDTA的量增大，則測定的硫酸鋁的物質(zhì)的量偏高．

解答：解：（1）①以明礬石[主要成分為K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃?6H₂O]為原料生產(chǎn)硫酸鋁晶體[Al₂（SO₄）₃?18H₂O]和明礬[KAl（SO₄）₂?12H₂O]，如果生成1mol明礬，根據(jù)鉀原子守恒知，需要K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃?6H₂O的物質(zhì)的量為0.5mol，再根據(jù)鋁原子守恒知，生成硫酸鋁晶體的物質(zhì)的量為1mol，
所以硫酸鋁和明礬的物質(zhì)的量之比為1：1，故答案為：1：1；
 ②“焙燒”溫度過高，γ-A1₂O₃轉(zhuǎn)化為難溶于硫酸的α-Al₂O₃，會導致硫酸鋁晶體產(chǎn)量降低，
故答案為：γ-A1₂O₃轉(zhuǎn)化為難溶于硫酸的α-Al₂O₃；
（2）從溶液中制取硫酸鋁晶體時要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮溶液、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，故答案為：①蒸發(fā)濃縮；②冷卻結(jié)晶；
（3）①配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液時，用100mL容量瓶配制溶液，用膠頭滴管定容，故答案為：100 mL容量瓶、膠頭滴管；
②硝酸鉛和EDTA反應時需要EDTA的物質(zhì)的量=10^-3C₂V₂mol，那么100mL溶液中EDTA的物質(zhì)的量=4×10^-3C₂V₂mol，則和鋁離子反應的EDTA的物質(zhì)的量=10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol，EDTA和鋁離子以1：1反應，所以鋁離子的物質(zhì)的量=10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol，Al₂（SO₄）₃?18H₂O的物質(zhì)的量=0.5×（10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol），Al₂（SO₄）₃?18H₂O的質(zhì)量=0.5×（10^-3C₁V₁mol-4×10^-3C₂V₂mol）×666g/mol=333（10^-3C₁V₁-4×10^-3C₂V₂）g，
其質(zhì)量分數(shù)=

333(C1V1-4C2V2)

103m

×100%，
故答案為：

333(C1V1-4C2V2)

103m

×100%；
③若樣品中含有可與EDTA反應的雜質(zhì)離子，導致EDTA的使用量增大，從而導致鋁離子的質(zhì)量數(shù)偏高，故答案為：偏高．

點評：本題以鋁的化合物為載體考查了物質(zhì)間的反應、物質(zhì)的分離和提純等知識點，明確物質(zhì)之間的反應是解本題關鍵，再結(jié)合原子守恒來分析解答，這種綜合性較強的題型是高考熱點，利用基礎知識細心分析解答，難度中等．