Question

20．過硫酸氫鉀復鹽（K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅）易分解，可用作漂白劑、NO_x、SO₂等廢氣脫除劑．某研究小組制備過硫酸氫鉀復鹽的流程如圖1：

（1）在“轉化”中，用冰水浴冷卻，原因是濃硫酸與H₂O₂溶液混合時，大量放熱，溫度高，H₂O₂易分解．濃硫酸與H₂O₂反應，部分轉化為過硫酸（H₂SO₅），
寫出此反應的化學方程式H₂SO₄+H₂O₂?H₂SO₅+H₂O
（2）已知H₂SO₅為一元強酸．結晶操作中，加入K₂CO₃即可獲得過硫酸氫鉀復鹽晶體，該過程的離子反應方程式為10K⁺+5CO₃^2-+4SO₄^2-+4HSO₅^-+12H⁺=5CO₂↑+2K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅↓+5H₂O；操作中，K₂CO₃溶液需分批緩慢加入，目的是控制加入的K₂CO₃的量，避免反應過于激烈．過硫酸氫鉀復鹽產(chǎn)率（以產(chǎn)品含量氧表示）隨溶液pH和溫度的變化關系如圖2所示．則該過程適宜的條件是0℃、pH=2左右
（3）過濾后，用無水乙醇洗滌沉淀，目的是洗除晶體表面的雜質和便于晶體干燥．
（4）烘干產(chǎn)品時，用紅外燈低于40℃烘干，可能的原因是產(chǎn)品在40℃以上易分解．

Answer 1

分析 （1）過氧化氫受熱易分解；濃硫酸與H₂O₂反應，部分轉化為過硫酸H₂SO₅和水；
（2）H₂SO₅與K₂CO₃即可獲得過硫酸氫鉀復鹽晶體，因為H₂SO₅為一元強酸，故還有二氧化碳生成；操作中，為避免反應過于劇烈，K₂CO₃溶液需分批緩慢加入；根據(jù)圖示，過硫酸氫鉀復鹽產(chǎn)率（以產(chǎn)品含量氧表示）最大時為該反應的適宜條件；
（3）無水乙醇洗滌沉淀，可以洗除晶體表面的雜質，同時乙醇易揮發(fā)，便于晶體干燥；
（4）根據(jù)過硫酸氫鉀復鹽（K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅）易分解分析可得．

解答 解：（1）濃硫酸與H₂O₂溶液混合時，大量放熱，溫度高，H₂O₂易分解，故在“轉化”中，用冰水浴冷卻；濃硫酸與H₂O₂反應，部分轉化為過硫酸H₂SO₅和水，反應為：H₂SO₄+H₂O₂?H₂SO₅+H₂O；
故答案為：濃硫酸與H₂O₂溶液混合時，大量放熱，溫度高，H₂O₂易分解；H₂SO₄+H₂O₂?H₂SO₅+H₂O；
（2）H₂SO₅與K₂CO₃即可獲得過硫酸氫鉀復鹽晶體，因為H₂SO₅為一元強酸，故還有二氧化碳生成，則離子方程式為：10K⁺+5CO₃^2-+4SO₄^2-+4HSO₅^-+12H⁺=5CO₂↑+2K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅↓+5H₂O；為避免反應過于劇烈，K₂CO₃溶液需分批緩慢加入；根據(jù)圖示，0℃、pH=2左右時，過硫酸氫鉀復鹽產(chǎn)率（以產(chǎn)品含量氧表示）最大，故此條件為最適宜條件；
故答案為：10K⁺+5CO₃^2-+4SO₄^2-+4HSO₅^-+12H⁺=5CO₂↑+2K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅↓+5H₂O；控制加入的K₂CO₃的量，避免反應過于激烈；0℃、pH=2左右；
（3）無水乙醇洗滌沉淀，可以洗除晶體表面的雜質，同時乙醇易揮發(fā)，便于晶體干燥；
故答案為：便于晶體干燥；
（4）過硫酸氫鉀復鹽（K₂SO₄•KHSO₄•2KHSO₅）易分解，則烘干產(chǎn)品時，用紅外燈低于40℃烘干，可能的原因是產(chǎn)品在40℃以上易分解；
故答案為：產(chǎn)品在40℃以上易分解．

點評 本題以物質制備為載體，考查學生對原理的分析理解、物質的分離提純、實驗方案設計、信息獲取與遷移運用等，需要學生具備扎實的基礎，題目難度中等．