Question

9．明礬石經(jīng)處理后得到明礬[KAl（SO₄） ₂•12H₂O]．從明礬制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄的工藝過程如圖1所示：

焙燒明礬的化學方程式為：4KAl（SO₄） ₂•12H₂O+3S═2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O
請回答下列問題：
（1）在焙燒明礬的反應中，還原劑是S．
（2）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發(fā)結晶．
（3）Al₂O₃在一定條件下可制得AlN，其晶體結構如圖2所示，該晶體中Al的配位數(shù)是4．
（4）以Al和NiO（OH） 為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO（OH） 轉化為Ni（OH） ₂，該電池反應的化學方程式是Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂．
（5）焙燒產(chǎn)生的SO₂可用于制硫酸．已知25℃、101kPa時：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197kJ/mol；
H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44kJ/mol；
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ/mol．
則SO₃（g） 與H₂O（l） 反應的熱化學方程式是SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol．
焙燒948t明礬（M=474g/mol），若SO₂的利用率為96%，可生產(chǎn)質量分數(shù)為98%的硫酸432t．

Answer 1

分析 明礬和硫焙燒得到固體混合物和SO₂，二氧化硫氧化為三氧化硫，溶于水生成硫酸，固體混合物水浸過濾得到硫酸鉀溶液和固體氧化鋁，加入冰晶石電解熔融氧化鋁得到金屬鋁，
（1）化學方程式中元素化合價變化分析，元素化合價升高的做還原劑發(fā)生氧化反應；
（2）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是利用硫酸鉀溶解度隨溫度變化，可以利用蒸發(fā)溶劑方法結晶析出；
（3）配位化合物中直接和中心原子（或離子）相聯(lián)系的配位原子的數(shù)目；
（4）以Al和NiO（OH）為電極，鋁做原電池 負極失電子發(fā)生氧化反應，NiO（OH）得到電子發(fā)生還原反應，結合原子守恒和電子守恒寫出反應化學方程式；
（5）①依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算Ⅲ-Ⅰ-2×Ⅱ得到所需熱化學方程式；
②硫元素守恒計算得到硫酸質量．

解答 解：（1）4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S═2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O反應硫單質中硫元素化合價升高為+4價．硫酸根離子中硫元素化合價從+6價變化為+4價，復印紙還原劑是硫單質；
故答案為：S；
（2）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是利用硫酸鉀溶解度隨溫度變化不大，可以利用蒸發(fā)溶劑方法結晶析出晶體，
故答案為：蒸發(fā)結晶；
（3）依據(jù)晶體晶胞結構分析，結合配位數(shù)含義可知，每個鋁原子和四個單原子相連，所以鋁原子的配位數(shù)為4，
故答案為：4；
（4）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，鋁做負極失電子在氫氧化鈉溶液中生成偏鋁酸鈉，反應的化學方程式為：
Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂ ，
故答案為：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Ni（OH）₂；
（5）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197kJ/mol；Ⅰ
H₂O（g）?H₂O（l）△H₂=-44kJ/mol；Ⅱ
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ/mol．Ⅲ
依據(jù)蓋斯定律Ⅲ-Ⅰ-2×Ⅱ得到：2SO₃（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l）△H=-260kJ/mol，
即反應的熱化學方程式為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol，
故答案為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol；
②948 t明礬生成SO₂物質的量為4500mol 故生成硫酸的質量m=4500×0.96×98÷0.98=432000Kg=432t，
故答案為：432．

點評 本題考查了氧化還原反應概念分析判斷，晶體結構的理解分析，原電池反應的實質應用，熱化學方程式和蓋斯定律的計算，元素守恒的計算應用，題目難度中等．