Question

納米氧化鋁在陶瓷材料、電子工業(yè)、生物醫(yī)藥等方面有廣闊的應(yīng)用前景，它可通過硫酸鋁銨晶體熱分解得到．[已知：硫酸鋁銨晶體的化學(xué)式為Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄?24H₂O，相對分子質(zhì)量為906]
（1）制備硫酸鋁銨晶體的實驗流程如下：

①檢驗上述流程中“過濾”后雜質(zhì)是否除盡的實驗方法是

 

．
②上述流程中，“分離”所包含的操作依次為：

 

、

 

、過濾、洗滌、干燥．
（2）取4.53g 硫酸鋁銨晶體加熱分解，最終剩余0.51g Al₂O₃固體．加熱過程中，固體質(zhì)量隨溫度的變化如圖所示．

請通過計算確定400℃時剩余固體成分的化學(xué)式（寫出計算過程）．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過濾后濾液主要含硫酸銨，氫氧化鋁與硫酸混合反應(yīng)生成硫酸鋁溶液，再將硫酸銨和硫酸鋁溶液混合反應(yīng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等最終得到硫酸鋁銨晶體，
（1）①由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液檢驗是否含有Fe³⁺；
②由工藝流程可知，流程中“分離”是從溶液中獲得晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等；
（2）計算晶體中水的質(zhì)量，根據(jù)固體質(zhì)量差，計算晶體中剩余結(jié)晶水的質(zhì)量，進而計算剩余固體中n[（NH₄）Al（SO₄）₂]：n（H₂O），據(jù)此書寫化學(xué)式．

解答： 解：由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過濾后濾液主要含硫酸銨，氫氧化鋁與硫酸混合反應(yīng)生成硫酸鋁溶液，再將硫酸銨和硫酸鋁溶液混合反應(yīng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等最終得到硫酸鋁銨晶體；
（1）①由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，取少許濾液于試管中，加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質(zhì)已除盡．
故答案為：取少許濾液于試管中，加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質(zhì)已除盡；
②由工藝流程可知，流程中“分離”是從溶液中獲得晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（2）取4.53g硫酸鋁銨晶體的物質(zhì)的量為

4.53g

906g/mol

=0.005mol，
4.53g硫酸鋁銨晶體中水的質(zhì)量為0.005mol×24×18g/mol=2.16g，
加熱400℃時固體質(zhì)量減少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g
剩余固體中結(jié)晶水的物質(zhì)的量為

2.16g-2.07g

18g/mol

=0.005mol．
剩余固體中n[（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄]：n（H₂O）=0.005mol：0.005mol=1：1，
故400℃時剩余固體成分的化學(xué)式為（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄?H₂O．
答：400℃時剩余固體成分的化學(xué)式為（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄?H₂O．

點評：本題考查鎂鋁及其化合物的性質(zhì)，對工藝流程理解、常用化學(xué)用語、鹽類水解、物質(zhì)的分離提純與離子檢驗、化學(xué)計算等，綜合性較大，難度較高，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與運用知識分析解決問題的能力．