Question

利用明礬石（主要成分是K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃?6H₂O，此外還含有少量Fe₂O₃雜質(zhì)）制備Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工藝流程如圖甲：

（1）“焙燒”過(guò)程中反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al₂（SO₄）₃+3S

高溫  .

 2Al₂O₃+9SO₂，該反應(yīng)中若生成102g Al₂O₃，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為

 

（用N_A表示阿伏伽德羅常數(shù)）．
（2）寫(xiě)出化學(xué)式：沉淀Ⅰ是

 

，沉淀Ⅱ是

 

．
（3）熟料溶解時(shí)反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（4）寫(xiě)出Cl₂將沉淀Ⅱ氧化為K₂FeO₄的化學(xué)方程式：

 

．
（5）K₂FeO₄也可以鐵為電極，通過(guò)電解濃的KOH溶液來(lái)制取，寫(xiě)出電解法制取K₂FeO₄的陽(yáng)極反應(yīng)式：

 

．
（6）該流程的廢氣中含有SO₂，可利用圖乙所示電解裝置吸收SO₂．寫(xiě)出裝置內(nèi)所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

．

Answer 1

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

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）所含元素化合價(jià)降低的反應(yīng)物是氧化劑；反應(yīng)中硫單質(zhì)中硫元素化合價(jià)由0價(jià)升高為SO₂中+4價(jià)，硫單質(zhì)為還原劑，計(jì)算生成102gAl₂O₃需要硫的物質(zhì)的量，轉(zhuǎn)移電子是硫單質(zhì)的4倍，再根據(jù)N=nN_A轉(zhuǎn)移電子數(shù)目；
（2）分析流程結(jié)合氧化鋁的性質(zhì)可知，沉淀Ⅰ是Al（OH）₃；沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃；
（3）由工藝流程可知，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉；
（4）沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，氯氣將+3價(jià)的鐵氧化成+6價(jià)，自身被還原成-1價(jià)，據(jù)此書(shū)寫(xiě)化學(xué)反應(yīng)方程式；
（5）電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)生成FeO₄^2-，依據(jù)化合價(jià)的變化和電荷守恒書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)；
（6）電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)生成SO₄^2-，陰極Cu²⁺得到電子生成Cu，依據(jù)化合價(jià)的變化和電荷守恒書(shū)寫(xiě)反應(yīng)；

解答： 解：利用明礬石（主要成分是K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃?6H₂O，此外還含有少量Fe₂O₃雜質(zhì)）制備Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工藝流程：明礬脫水后主要成分是K₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?2Al₂O₃，“焙燒”Al₂（SO₄）₃中+6價(jià)降低為SO₂中+4價(jià)，Al₂（SO₄）₃是氧化劑，硫單質(zhì)為還原劑，發(fā)生2Al₂（SO₄）₃+3S

高溫  .

 2Al₂O₃+9SO₂，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鉀溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鉀，離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸調(diào)PH值，AlO₂^-轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，灼燒生成Al₂O₃，母液中離子主要有K⁺、SO₄^2-，含有溶質(zhì)為K₂SO₄，濾渣為Fe₂O₃，加硫酸Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，
X為Fe₂（SO₄）₃，加氫氧化鉀Fe₂（SO₄）₃+6KOH=2Fe（OH）₃↓+3K₂SO₄，通入氯氣：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，制得K₂FeO₄；
（1）反應(yīng)中硫元素化合價(jià)由Al₂（SO₄）₃中+6價(jià)降低為SO₂中+4價(jià)，反應(yīng)中硫單質(zhì)中硫元素化合價(jià)由0價(jià)升高為SO₂中+4價(jià)，生成102gAl₂O₃的物質(zhì)的量為n=

m

M

=

102g

102g/mol

=1mol，需要硫的物質(zhì)的量為1mol×

3

2

=1.5mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1.5mol×4=6mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為N=nN_A=6mol×N_Amol^-1=6N_A，
故答案為：6N_A；
（2）分析流程結(jié)合氧化鋁的性質(zhì)可知，鋁土礦中的氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，氧化鐵不和氫氧化鈉溶液反應(yīng)過(guò)濾得到濾渣為氧化鐵，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鉀溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鉀，離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸調(diào)PH值，AlO₂^-轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，沉淀Ⅰ是Al（OH）₃；濾渣為Fe₂O₃，加硫酸Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，X為Fe₂（SO₄）₃，加氫氧化鉀Fe₂（SO₄）₃+6KOH=2Fe（OH）₃↓+3K₂SO₄，沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，
故答案為：Al（OH）₃；Fe（OH）₃；
（3）由工藝流程可知，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（4）沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，氯氣將+3價(jià)的鐵氧化成+6價(jià)，自身被還原成-1價(jià)，發(fā)生反應(yīng)為：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10 KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，
故答案為：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O；
（5）陽(yáng)極是鐵失電子在堿性溶液中發(fā)生氧化反應(yīng)生成FeO₄^2-；電極反應(yīng)為：Fe+8OHˉ-6eˉ=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O； 
（6）電解時(shí)陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)生成SO₄^2-，陰極Cu²⁺得到電子生成Cu，裝置內(nèi)所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：SO₂+2H₂O+Cu²⁺

電解  .

4H⁺+SO₄^2-+Cu，
故答案為：SO₂+2H₂O+Cu²⁺

電解  .

4H⁺+SO₄^2-+Cu；

點(diǎn)評(píng)：本題以鋁、鐵的化合物為載體考查了物質(zhì)間的反應(yīng)、物質(zhì)的分離和電解等知識(shí)點(diǎn)，明確物質(zhì)之間的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，這種綜合性較強(qiáng)的題型是高考熱點(diǎn)，須利用基礎(chǔ)知識(shí)細(xì)心分析解答，題目難度中等．