Question

【題目】一種由明礬石[主要成分：KAl3(SO4)2(OH)6]和地開石[主要成分：Al4(Si4O10)(OH)8]提取K2SO4和Al的工藝流程：

已知：K2SO4在不同溫度下的溶解度

溫度/℃	10	20	40	60	80	100
溶解度/g	9.3	11.1	14.8	18.2	21.4	24.1

回答下列問題：

（1）硫酸熟化工藝是指濃硫酸在礦物顆粒表面均勻分布并向內擴散的過程，該過程中礦物顆粒_____（填“是”或“不是”）越細越好。

（2）完成并配平還原焙燒時明礬石與硫反應的化學方程式：________

KAl3(SO4)2(OH)6+S→K2SO4+ Al2O3+___________+ H2O

（3）從水浸后的濾液中得到K2 SO4晶體的操作a是 _____，寫出K2SO4的一種用途 _____ .

（4）堿浸過程中發(fā)生的主要反應的離子方程式為____、 ____ 。

（5）流程中制Al的化學方程式為________________________

（6）現利用還原焙燒產生的SO2來生產硫酸。若明礬石的質量為41.4t，主要成分含量為50%，SO2的利用率為96%，則可生產質量分數為98%的硫酸____t。[KAl3(SO4)2(OH)6的相對分子質量為414]

Answer 1

【答案】不是 4KAl3(SO4)2(OH)6+3S===2K2SO4+6Al2O3+9SO2↑+12H2O 蒸發(fā)結晶 作鉀肥、制備鉀鹽、藥物、玻璃、明礬等 Al2O3+2OH-===2AlO2-+H2O SiO2+2OH-===SiO32-+H2O 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 10.8

【解析】

由工藝流程可知，地開石、明礬石經硫酸熟化后加入硫單質進行還原焙燒，明礬石發(fā)生反應4KAl3(SO4)2(OH)6+3S=2K2SO4+6Al2O3+9SO2↑+12H2O，地開石發(fā)生反應Al4(Si4O10)(OH)8=4SiO2+2Al2O3+4H2O，焙砂的主要成分為K2SO4、SiO2和Al2O3，再通過水浸后得到水浸出液K2SO4溶液和水浸出渣SiO2、Al2O3，結合K2SO4的溶解度隨溫度的變化可知，K2SO4溶液經蒸發(fā)結晶得到K2SO4晶體，水浸出渣Al2O3與SiO2分別與NaOH發(fā)生反應生成NaAlO2和Na2SiO3，再經一些列操作得到Al單質，據此分析解答問題。

(1)礦物顆粒細，可以提高擴散速率，但顆粒細度達到一定值后，再往后對速率的影響微乎其微，因此，硫酸熟化過程中礦物顆粒不是越細越好，故答案為：不是；

(2)根據上述分析，明礬石與硫發(fā)生氧化還原反應，硫作還原劑，KAl3(SO4)2(OH)6作氧化劑，根據氧化還原反應得失電子守恒進行配平可得，化學反應方程式為4KAl3(SO4)2(OH)6+3S=2K2SO4+6Al2O3+9SO2↑+12H2O，故答案為：4KAl3(SO4)2(OH)6+3S=2K2SO4+6Al2O3+9SO2↑+12H2O；

(3)K2SO4的溶解度雖然隨著溫度的升高而增大，但是變化不大，因此K2SO4溶液可采用蒸發(fā)結晶得到K2SO4晶體。K2SO4可用作鉀肥，制加鹽、藥物、玻璃、明礬等，故答案為：蒸發(fā)結晶；作鉀肥、制備鉀鹽、藥物、玻璃、明礬等；

(4)堿浸過程中，主要是Al2O3與SiO2分別與NaOH發(fā)生反應，生成NaAlO2和Na2SiO3，離子反應方程式為Al2O3+2OH-===2AlO2-+H2O；SiO2+2OH-===SiO32-+H2O；故答案為：Al2O3+2OH-===2AlO2-+H2O；SiO2+2OH-===SiO32-+H2O；

(5)流程中制備Al可采用電解熔融Al2O3的方法，發(fā)生的化學反應方程式2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑，故答案為：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑；

(6)根據明礬石與硫反應方程式和元素守恒可得關系式：

則，故答案為：10.8。