Question

4．某化學(xué)課外學(xué)習(xí)小組為研究一種常用于水凈化以及工業(yè)水處理的物質(zhì)A的成分，進行了如下探究活動：
（1）查閱資料，獲得下列信息：
①化合物A在工業(yè)上一般用鋁土礦為原料，通過下列流程制備：

②化合物A是一種白色透明晶體，易溶于熱水，水溶液呈酸性；
（2）實驗探究：

實驗	實驗步驟	實驗結(jié)果
①	稱取9.06g的結(jié)晶化合物A加熱	加熱到質(zhì)量恒定時，質(zhì)量減輕了4.32g；
②	將加熱后所得的固體分成兩等份，分別加適量的水，制成溶液．
③	在一份溶液中加入足量的BaCl2溶液．	產(chǎn)生4.66g 白色沉淀；
④	在另一份溶液中，逐滴加入2mol•L-1的NaOH溶液．	先觀察到產(chǎn)生白色沉淀，接著產(chǎn)生有刺激性氣味的氣體B，沉淀逐漸溶解，當加入25mL的氫氧化鈉溶液時，沉淀恰好完全溶解．

請根據(jù)以上探究結(jié)果，回答下列問題：
（1）請寫出鋁土礦與硫酸主要反應(yīng)的離子方程式Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
（2）結(jié)晶水合物A的化學(xué)式為NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O．
（3）A用作凈水劑的原理是Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺（用離子方程式表示）．
（4）氣體B可與空氣構(gòu)成燃料電池，生成穩(wěn)定的單質(zhì)和水，請寫出以KOH為電解質(zhì)，該燃料電池的負極電極反應(yīng)式2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）鋁土礦加入硫酸溶解，氧化鋁溶解生成硫酸鋁和水，氧化鐵和硫酸溶解生成硫酸鐵和水，過濾得到溶液中加入硫酸銨溶液后，蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶過濾得到得到結(jié)晶化合物A，化合物A是一種白色透明晶體，易溶于熱水，水溶液呈酸性；
（2）稱取9.06g的結(jié)晶化合物A加熱，加熱到質(zhì)量恒定時，質(zhì)量減輕了4.32g為結(jié)晶水的質(zhì)量，n（H₂O）=$\frac{4.32g}{18g/mol}$=0.24mol，將加熱后所得的固體分成兩等份，分別加適量的水，制成溶液，在一份溶液中加入足量的BaCl₂溶液，產(chǎn)生4.66g 白色沉淀為硫酸鋇，物質(zhì)的量n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.02mol，在另一份溶液中，逐滴加入2mol•L^-1的NaOH溶液，先觀察到產(chǎn)生白色沉淀為氫氧化鋁，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，接著產(chǎn)生有刺激性氣味的氣體B為NH₃，判斷A中含NH₄⁺，NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，沉淀逐漸溶解，當加入25mL的氫氧化鈉溶液時，沉淀恰好完全溶解是氫氧化鋁溶解生成NaAlO₂，Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，共計消耗氫氧化鈉物質(zhì)的量=0.025L×2mol/L=0.5mol，設(shè)每份A中含Al³⁺物質(zhì)的量為x，則含銨根離子物質(zhì)的量為y，9.06g的結(jié)晶化合物A中含銨根離子和鋁離子質(zhì)量=9.06g-0.02mol×2×96g/mol-4.32g=0.9g，每份含銨根離子和鋁離子質(zhì)量為0.45g，依據(jù)物質(zhì)的量關(guān)系和質(zhì)量關(guān)系列式計算得到A的化學(xué)式；
（1）鋁土礦與硫酸主要反應(yīng)氧化鋁溶解生成硫酸鋁和水，氧化鐵和硫酸溶解生成硫酸鐵和水；
（2）依據(jù)上述分析計算；
（3）A用作凈水劑的原理是溶液中鋁離子水解生成了氫氧化鋁膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用；
（4）該燃料電池中負極是氨氣在堿性溶液中失電子生成氮氣和水．

解答 解：（1）鋁土礦與硫酸主要反應(yīng)氧化鋁溶解生成硫酸鋁和水，反應(yīng)的離子方程式為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O，氧化鐵和硫酸溶解生成硫酸鐵和水，反應(yīng)的離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O； Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（2）稱取9.06g的結(jié)晶化合物A加熱，加熱到質(zhì)量恒定時，質(zhì)量減輕了4.32g為結(jié)晶水的質(zhì)量，n（H₂O）=$\frac{4.32g}{18g/mol}$=0.24mol，將加熱后所得的固體分成兩等份，分別加適量的水，制成溶液，在一份溶液中加入足量的BaCl₂溶液，產(chǎn)生4.66g 白色沉淀為硫酸鋇，物質(zhì)的量n（BaSO₄）=$\frac{4.66g}{233g/mol}$=0.02mol，在另一份溶液中，逐滴加入2mol•L^-1的NaOH溶液，先觀察到產(chǎn)生白色沉淀為氫氧化鋁，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，接著產(chǎn)生有刺激性氣味的氣體B為NH₃，判斷A中含NH₄⁺，NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O，沉淀逐漸溶解，當加入25mL的氫氧化鈉溶液時，沉淀恰好完全溶解是氫氧化鋁溶解生成NaAlO₂，Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，共計消耗氫氧化鈉物質(zhì)的量=0.025L×2mol/L=0.05mol，設(shè)每份A中含Al³⁺物質(zhì)的量為x，則含銨根離子物質(zhì)的量為y，9.06g的結(jié)晶化合物A中含銨根離子和鋁離子質(zhì)量=9.06g-0.02mol×2×96g/mol-4.32g=0.9g，每份含銨根離子和鋁離子質(zhì)量為0.45g，
則4x+y=0.05mol
27x+18y=0.45g
x=0.01mol
y=0.01mol
每份含銨根離子物質(zhì)的量為0.01mol，鋁離子物質(zhì)的量為0.01mol，硫酸根離子物質(zhì)的量為0.02mol，水物質(zhì)的量為0.12mol，
n（NH₄⁺）：n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.01：0.01：0.02：0.12=1：1：2：12
化學(xué)式為：NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，
故答案為：NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O；
（3）A用作凈水劑的原理是溶液中鋁離子水解生成了氫氧化鋁膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用，反應(yīng)的離子方程式為：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺，
故答案為：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（膠體）+3H⁺；
（4）氣體B可與空氣構(gòu)成燃料電池，生成穩(wěn)定的單質(zhì)和水，以KOH為電解質(zhì)，該燃料電池中負極是氨氣在堿性溶液中失電子生成氮氣和水，電解反應(yīng)為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評 本題考查了物質(zhì)組成、實驗測定化學(xué)式的過程和計算、鹽類水解、原電池原理等知識點，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．