Question

7．明礬石和堿式碳酸鋁鎂[Mg_aAl_b（OH）_c（CO₃）_d•xH₂O]在生產生活中都有著極為重要的應用．某研究小組對用明礬石制取氫氧化鋁等物質，以及堿式碳酸鋁鎂的組成展開了如下研究，請你參與并完成對有關問題的解答

（1）明礬石是制取化肥和氫氧化鋁的重要原料，明礬石的組成和明礬相似，此外還含有氧化鋁和少量氧化鐵雜質．具體實驗步驟如圖1所示：
①操作I的名稱為冷卻結晶
②混合肥料的主要成分是K₂SO₄、（NH₄）₂SO₄（寫化學式）．檢驗濾液Ⅱ中是否含有NH₄⁺的方法是：取少貨濾液Ⅱ于試管中，向其中加入適量的NaOH溶液，加熱，若產生氣體能夠使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，則證明濾液Ⅱ中含有NH₄⁺
③一定條件下，下列物質能與沉淀Ⅱ發(fā)生反應的是b（填字母）•
a．KSCN 溶液        b．Al        c．NaOH 溶液
④空氣能夠為沉淀反應提供足量的CO₂（寫化學式）．
（2）堿式碳酸鋁鎂是常見胃藥“達喜”的主要成分．為確定堿式碳酸鋁鎂的組成，進行了如下實驗：
①取堿式碳酸鋁鎂粉末6.02g，緩緩加入2.0mol•L^-1鹽酸使其充分混合反應，反應過程中產生氣體的體積V（氣體）和消耗鹽酸的體積V（HC1）的關系如圖2所示，則堿式碳酸鋁鎂中氫氧根與碳酸根的物質的量之比為16：1
②將①反應后得到的混合液再和過量的氫氧化鈉溶液充分混合，反應完全后經過過濾、洗滌、干燥得沉淀3.48g，則堿式碳酸鋁鎂的化學式為Mg₆Al₂（OH）₁₆CO₃•4H₂O．

Answer 1

分析 （1）明礬石含有Al₂O₃和Fe₂O₃等雜質，加足量的稀氨水，明礬石中的鋁離子與氨水反應，過濾后沉淀I中含Al₂O₃、Fe₂O₃、Al（OH）₃，溶液I中含鉀離子、銨根離子、硫酸根離子，濾液經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到硫酸鉀、硫酸銨晶體．Al₂O₃、Fe₂O₃、Al（OH）₃中加入氫氧化鈉，F(xiàn)e₂O₃與氫氧化鈉不反應，Al₂O₃、氫氧化鋁與氫氧化鈉反應：Al（OH）₃+NaOH═NaAlO₂+2H₂O，Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O，濾液中含有NaAlO₂溶液，沉淀Ⅱ為氧化鐵，濾液中通入足量的空氣，發(fā)生反應：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，再過濾得到氫氧化鋁，溶液Ⅲ中含有NaHCO₃．
（2）①加入鹽酸，第一階段反應本質為：OH^-+H⁺=H₂O、CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-；生成氣體的反應本質為：HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O，結合消耗鹽酸計算n（OH^-）、n（CO₃^2-）；
②加入過量的氫氧化鈉溶液，反應完全后經過過濾、洗滌、干燥得沉淀3.48g為氫氧化鎂的質量，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算n[Mg（OH）₂]，達喜中n（Mg²⁺）=n[Mg（OH）₂]，利用電荷守恒2n（Mg²⁺）+3n（Al³⁺）=n（OH^-）+2n（CO₃^2-）計算n（Al³⁺），根據(jù)結合樣品質量求得水的質量，再根據(jù)根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算n（H₂O），據(jù)此確定n（Mg²⁺）：n（Al³⁺）：n（OH^-）：n（CO₃^2-）：n（H₂O），據(jù)此書寫化學式．

解答 解：（1）明礬石含有Al₂O₃和Fe₂O₃等雜質，加足量的稀氨水，明礬石中的鋁離子與氨水反應，過濾后沉淀I中含Al₂O₃、Fe₂O₃、Al（OH）₃，溶液I中含鉀離子、銨根離子、硫酸根離子，濾液經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到硫酸鉀、硫酸銨晶體．Al₂O₃、Fe₂O₃、Al（OH）₃中加入氫氧化鈉，F(xiàn)e₂O₃與氫氧化鈉不反應，Al₂O₃、氫氧化鋁與氫氧化鈉反應：Al（OH）₃+NaOH═NaAlO₂+2H₂O，Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O，濾液中含有NaAlO₂溶液，沉淀Ⅱ為氧化鐵，濾液中通入足量的空氣，發(fā)生反應：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃，再過濾得到氫氧化鋁，溶液Ⅲ中含有NaHCO₃．
①操作I是從溶液中獲得晶體，需要結構蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等操作，
故答案為：冷卻結晶；
②由上述分析可知，混合肥料的主要成分是K₂SO₄、（NH₄）₂SO₄，檢驗濾液Ⅱ中是否含有NH₄⁺的方法是：取少貨濾液Ⅱ于試管中，向其中加入適量的NaOH溶液，加熱，若產生氣體能夠使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，則證明濾液Ⅱ中含有NH₄⁺，
故答案為：K₂SO₄、（NH₄）₂SO₄；濕潤的紅色石蕊試紙變藍；
③沉淀Ⅱ為氧化鐵，Al能與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應，
故選：b；
④空氣能夠為沉淀反應提供足量的：CO₂，
故答案為：CO₂；
（2）①加入鹽酸，第一階段反應本質為：OH^-+H⁺=H₂O、CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-；生成氣體的反應本質為：HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O，生成二氧化碳消耗鹽酸（90-85）mL=5mL，則n（CO₃^2-）=n（HCO₃^-）=0.005L×2mol/L=0.01mol，故n（OH^-）=0.085L×2mol/L-0.01mol=0.16mol，故
則堿式碳酸鋁鎂中n（OH^-）：n（CO₃^2-）=0.16mol：0.01mol=16：1，
故答案為：16：1；
②加入過量的氫氧化鈉溶液，反應完全后經過過濾、洗滌、干燥得沉淀3.48g為氫氧化鎂的質量，則n[Mg（OH）₂]=$\frac{3.48g}{58g/mol}$=0.06mol，達喜中n（Mg²⁺）=n[Mg（OH）₂]=0.06mol，
利用電荷守恒2n（Mg²⁺）+3n（Al³⁺）=n（OH^-）+2n（CO₃^2-），故3n（Al³⁺）=0.16mol+0.01mol×2-0.06mol×2=0.06mol，故n（Al³⁺）=0.02mol，
故：m（CO₃^2-）=0.01 mol×60 g•mol^-1=0.6 g
m（OH^-）=0.16 mol×17 g•mol^-1=2.72 g
m（Mg²⁺）=0.06 mol×24 g•mol^-1=1.44 g
m（Al³⁺）=0.02 mol×27 g•mol^-1=0.54 g
所以，m（H₂O）=6.02g-0.6g-2.72g-1.44g-0.54g=0.72g，故n（H₂O）=$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04 mol
則n（Mg²⁺）：n（Al³⁺）：n（OH^-）：n（CO₃^2-）：n（H₂O）=0.02：0.06：0.16：0.01：0.04=6：2：16：1：4，達喜的組成為Mg₆Al₂（OH）₁₆CO₃•4H₂O，
故答案為：Mg₆Al₂（OH）₁₆CO₃•4H₂O．

點評 本題考查化學工藝流程、物質的分離提純、離子檢驗、物質組成的測定等，（2）中涉及反應較多、計算量較大，為易錯題目，明確各階段發(fā)生的反應是解題關鍵，側重考查學生對于實驗數(shù)據(jù)的分析處理能力，注意守恒思想的運用．