Question

16．以Al（OH）₃、H₂SO₄、工業(yè)（NH₄）₂SO₄（含FeSO₄）為原料制備透明氧化鋁陶瓷的工藝流程如圖1所示：
回答下列問題：

（1）氧化步驟中發(fā)生的主要反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）當 25℃時，K_W=1.0×10^-14，K_b（NH₃•H₂O）=1.75×10^-5．（NH₄）₂SO₄溶液呈酸性，其原因是（用離子方程式解釋）：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；該離子方程式的平衡常數K為5.7×10^-10（填具體數）．
（3）如何檢驗中和液中的雜質離子已完全除盡？取少量中和后的溶液，滴加KSCN溶液，若溶液不變紅，則已完全除去；若溶液變紅，則未除盡．
（4）NH₄Al（SO₄）₂溶液與過量NaOH溶液混合加熱，反應的化學方程式為NH₄Al（SO₄）₂+5NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+3H₂O+NaAlO₂+2Na₂SO₄．
（5）綜上分析，流程圖中M混合氣體的主要成分的化學式為NH₃、H₂O、SO₃ ，M可用一種物質吸收以實現循環(huán)利用，該物質的名稱是濃硫酸．
（6）固體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O在加熱時，固體殘留率隨溫度的變化如圖2所示．633℃時剩余固體成分的化學式為Al₂（SO₄）₃．

Answer 1

分析 制備透明氧化鋁陶瓷的工藝流程：Al（OH）₃、H₂SO₄發(fā)生反應為2Al（OH）₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；工業(yè)（NH₄）₂SO₄（含FeSO₄）溶于水，然后向溶液中加入雙氧水，雙氧水具有氧化性、硫酸亞鐵具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應生成鐵離子和水，離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，將得到的溶液中加入氨水，調節(jié)溶液的pH，使鐵離子轉化為Fe（OH）₃沉淀，然后過濾得到濾渣；將濾液加入硫酸鋁溶液中，通過分離得到固體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，加熱固體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，該物質分解生成M和含鋁物質，
（1）硫酸銨中含有硫酸亞鐵，亞鐵離子被雙氧水氧化成鐵離子；
（2）根據NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，K=$\frac{c（{H}^{+}）•c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（{H}^{+}）•c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}$=$\frac{{K}_{W}}{{K}_（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，據此解答；
（3）的雜質離子是鐵離子，鐵離子用KSCN溶液檢驗；
（4）NH₄Al（SO₄）₂溶液與過量NaOH溶液反應生成氨氣和偏鋁酸鈉；
（5）M的主要成分的化學式是NH₃、H₂O、SO₃ ；可以用濃硫酸吸收生成硫酸銨，以便重復利用；
（6）633℃時剩余固體質量分數是反應前的37.75%，根據硫酸鋁銨晶體分解情況分析，得出化學式．

解答 解：（1）亞鐵離子被氧化雙氧水成鐵離子，根據化合價升降相等配平方程式，離子方程式是：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案是：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）銨根離子水解，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，故（NH₄）₂SO₄溶液呈酸性，該反應的K=$\frac{c（{H}^{+}）•c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（{H}^{+}）•c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）•c（O{H}^{-}）}$=$\frac{{K}_{W}}{{K}_（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{1.0×1{0}^{-14}}{1.75×1{0}^{-5}}$=5.7×10^-10；
故答案為：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，5.7×10^-10；
（3）中和液中的雜質離子是鐵離子，鐵離子用KSCN溶液檢驗，其檢驗方法為取少量中和后的溶液，滴加KSCN溶液，若溶液不變紅，則已完全除去；若溶液變紅，則未除盡；
故答案為：取少量中和后的溶液，滴加KSCN溶液，若溶液不變紅，則已完全除去；若溶液變紅，則未除盡；
（4）NH₄Al（SO₄）₂溶液與過量NaOH溶液混合加熱，反應的化學方程式為：NH₄Al（SO₄）₂+5NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+3H₂O+NaAlO₂+2Na₂SO₄；
故答案是：NH₄Al（SO₄）₂+5NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+3H₂O+NaAlO₂+2Na₂SO₄；
（5）根據（6），流程圖中M的主要成分的化學式為NH₃、H₂O、SO₃ ；可以用濃硫酸吸收生成硫酸銨重復使用；
故答案是：NH₃、H₂O、SO₃ ； 濃硫酸
（6）假設有1mol硫酸鋁銨晶體，摩爾質量是453g/mol，質量是453g，最后得到的是氧化鋁，硫酸鋁銨晶體加熱過程中會分解，分別生成了水、氨氣、三氧化硫；
當結晶水完全失去時，剩余固體與原始固體的質量百分比是：$\frac{18×12}{453}$×100%≈52.32%，大于這個值，說明結晶水沒有完全失去；
當溫度繼續(xù)升高，硫酸鋁銨中的硫酸銨開始分解生成氨氣和三氧化硫，硫酸銨完全分解時，剩余物為硫酸鋁，剩余固體與原始固體的質量百分比是：$\frac{171}{453}$×100%≈37.75%；當比值大于37.75%時，硫酸銨沒有完全分解，當等于這個比值，說明硫酸銨恰好分解完全，小于這個比值，硫酸鋁開始分解；故B點剩余固體是硫酸鋁；
故答案是：Al₂（SO₄）₃．

點評 本題考查物質制備實驗方案評價，為高頻考點，側重考查學生分析、推斷、計算能力，明確流程圖中發(fā)生的反應及基本操作是解本題關鍵，難點有關計算，題目難度中等．