Question

16．以Al（OH）₃、H₂SO₄、工業(yè)（NH₄）₂SO₄（含F(xiàn)eSO₄）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(wèn)題：

（1）氧化步驟中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）當(dāng) 25℃時(shí)，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(shù)K為5.7×10^-10（填具體數(shù)）．
（3）如何檢驗(yàn)中和液中的雜質(zhì)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(guò)量NaOH溶液混合加熱，反應(yīng)的化學(xué)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(xué)式為NH₃、H₂O、SO₃ ，M可用一種物質(zhì)吸收以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，該物質(zhì)的名稱是濃硫酸．
（6）固體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O在加熱時(shí)，固體殘留率隨溫度的變化如圖2所示．633℃時(shí)剩余固體成分的化學(xué)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(yīng)為2Al（OH）₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；工業(yè)（NH₄）₂SO₄（含F(xiàn)eSO₄）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(yīng)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(diào)節(jié)溶液的pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，然后過(guò)濾得到濾渣；將濾液加入硫酸鋁溶液中，通過(guò)分離得到固體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，加熱固體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，該物質(zhì)分解生成M和含鋁物質(zhì)，
（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(jù)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(jù)此解答；
（3）的雜質(zhì)離子是鐵離子，鐵離子用KSCN溶液檢驗(yàn)；
（4）NH₄Al（SO₄）₂溶液與過(guò)量NaOH溶液反應(yīng)生成氨氣和偏鋁酸鈉；
（5）M的主要成分的化學(xué)式是NH₃、H₂O、SO₃ ；可以用濃硫酸吸收生成硫酸銨，以便重復(fù)利用；
（6）633℃時(shí)剩余固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)是反應(yīng)前的37.75%，根據(jù)硫酸鋁銨晶體分解情況分析，得出化學(xué)式．

解答 解：（1）亞鐵離子被氧化雙氧水成鐵離子，根據(jù)化合價(jià)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(yīng)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(zhì)離子是鐵離子，鐵離子用KSCN溶液檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)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(guò)量NaOH溶液混合加熱，反應(yīng)的化學(xué)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(jù)（6），流程圖中M的主要成分的化學(xué)式為NH₃、H₂O、SO₃ ；可以用濃硫酸吸收生成硫酸銨重復(fù)使用；
故答案是：NH₃、H₂O、SO₃ ； 濃硫酸
（6）假設(shè)有1mol硫酸鋁銨晶體，摩爾質(zhì)量是453g/mol，質(zhì)量是453g，最后得到的是氧化鋁，硫酸鋁銨晶體加熱過(guò)程中會(huì)分解，分別生成了水、氨氣、三氧化硫；
當(dāng)結(jié)晶水完全失去時(shí)，剩余固體與原始固體的質(zhì)量百分比是：$\frac{18×12}{453}$×100%≈52.32%，大于這個(gè)值，說(shuō)明結(jié)晶水沒(méi)有完全失去；
當(dāng)溫度繼續(xù)升高，硫酸鋁銨中的硫酸銨開(kāi)始分解生成氨氣和三氧化硫，硫酸銨完全分解時(shí)，剩余物為硫酸鋁，剩余固體與原始固體的質(zhì)量百分比是：$\frac{171}{453}$×100%≈37.75%；當(dāng)比值大于37.75%時(shí)，硫酸銨沒(méi)有完全分解，當(dāng)?shù)扔谶@個(gè)比值，說(shuō)明硫酸銨恰好分解完全，小于這個(gè)比值，硫酸鋁開(kāi)始分解；故B點(diǎn)剩余固體是硫酸鋁；
故答案是：Al₂（SO₄）₃．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、推斷、計(jì)算能力，明確流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及基本操作是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)有關(guān)計(jì)算，題目難度中等．