Question

15．某研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行試驗(yàn)．請(qǐng)回答下列問題：

（1）用如圖1所示的裝置向500-600℃的鐵屑中通入氯氣制取無水氯化鐵的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)如何檢查裝置的氣密性把B、D中導(dǎo)管下端浸入水中，用灑精燈給燒瓶微熱，看到B、D中導(dǎo)管下口有氣泡冒出，停止加熱后，有一段穩(wěn)定的水柱，說明裝置不漏氣．
（2）用如圖2所示的裝置向熾熱鐵屑中通入氯化氫制取無水氯化亞鐵的實(shí)驗(yàn)中，裝置A用來制取HCl．若仍用D的裝置進(jìn)行尾氣處理，存在的問題是易發(fā)生倒吸、缺少防止水蒸汽進(jìn)入C中裝置．
若操作不當(dāng)，制得的FeCl₂ 會(huì)含有少量FeCl₃．欲制得純凈的FeCl₂，在實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)先通入氯化氫（趕盡裝置中的空氣），再點(diǎn)燃C處的酒精燈．
（3）從明礬[KAl（SO₄）₂•12H₂O]制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程如下：
①反應(yīng)①的化學(xué)方程式是4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O．
②從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發(fā)、結(jié)晶．步驟③的化學(xué)方程式是2Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃電解}$4Al+3O₂↑．
③焙燒a噸明礬（摩爾質(zhì)量為b g/mol），若SO₂ 的轉(zhuǎn)化率為96%，可生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的H₂SO₄質(zhì)量為$\frac{216a}$噸（列出計(jì)算表達(dá)式）．

Answer 1

分析 （1）裝置氣密性檢驗(yàn)的原理是：通過氣體發(fā)生器與附設(shè)的液體構(gòu)成封閉體系，依據(jù)改變體系內(nèi)壓強(qiáng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象（如氣泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）來判斷裝置氣密性的好壞；
（2）制取無水氯化亞鐵，需要HCl氣體，尾氣的成分是剩余HCl和生成的氫氣，HCl極易溶解于水，缺少防止水蒸汽進(jìn)入C中裝置，氫氣不能溶于水；若要制取純凈的FeCl₂，需先點(diǎn)燃A處的酒精燈排除裝置中的空氣，再點(diǎn)燃C處的酒精燈；
（3）從明礬[KAl（SO₄）₂•12H₂O]制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程：過程①明礬和硫焙燒，4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O，氣體二氧化硫與氧氣在五氧化二礬作催化劑的作用下生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，SO₃+H₂O=H₂SO₄，制得硫酸；過程②焙燒所得固體混合物，用水浸，為提高浸出率，可采取粉碎固體混合物、不斷攪拌，從水浸后的濾液中蒸發(fā)結(jié)晶得到K₂SO₄晶體，步驟③電解Al₂O₃，制得Al．
①“焙燒”過程中得到SO₂與固體混合物，而固體混合物進(jìn)行水浸，過濾得到Al₂O₃與K₂SO₄，則焙燒”過程中得到SO₂、Al₂O₃、K₂SO₄，同時(shí)有水生成，配平是化學(xué)方程式；
②從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作；步驟③為氧化鋁電解生成鋁和氧氣；
③將SO₂的利用率轉(zhuǎn)化為KAl（SO₄）₂•12H₂O的利用率，由焙燒”過程中反應(yīng)方程式，及硫元素守恒，可得關(guān)系式：4KAl（SO₄）₂•12H₂O～9H₂SO₄，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）裝置氣密性檢驗(yàn)的原理是：通過氣體發(fā)生器與附設(shè)的液體構(gòu)成封閉體系，改變體系內(nèi)壓強(qiáng)，生成氣泡或形成水柱是常用的方法，所以圖1裝置，檢查裝置的氣密性，把B、D中導(dǎo)管下端浸入水中，用灑精燈給燒瓶微熱，看到B、D中導(dǎo)管下口有氣泡冒出，停止加熱后，有一段穩(wěn)定的水柱，說明裝置不漏氣，
故答案為：把B、D中導(dǎo)管下端浸入水中，用灑精燈給燒瓶微熱，看到B、D中導(dǎo)管下口有氣泡冒出，停止加熱后，有一段穩(wěn)定的水柱，說明裝置不漏氣；
（2）制取無水氯化亞鐵，需要HCl氣體，故A裝置制取的是HCl，反應(yīng)方程式為：Fe+2HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeCl₂+H₂，故尾氣的成分為未反應(yīng)的HCl和生成的氫氣，由于HCl極易溶于水，故若仍然采用D裝置進(jìn)行尾氣處理，很容易造成倒吸，且缺少防止水蒸汽進(jìn)入C中裝置，氫氣不溶于水，不利于氫氣的吸收，氫氣易燃，造成安全隱患，若要制取純凈的FeCl₂，需先排凈裝置中的空氣，防止在加熱時(shí)Fe與O₂反應(yīng)，故先點(diǎn)燃A處的酒精燈，再點(diǎn)燃C處的酒精燈，
故答案為：HCl； 易發(fā)生倒吸，缺少防止水蒸汽進(jìn)入C中裝置； 通入氯化氫（趕盡裝置中的空氣）；
（3）①“焙燒”過程中得到SO₂與固體混合物，而固體混合物進(jìn)行水浸，過濾得到Al₂O₃與K₂SO₄，則焙燒”過程中得到SO₂、Al₂O₃、K₂SO₄，同時(shí)有水生成，發(fā)生反應(yīng)為：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+2K₂SO₄+9SO₂↑+48H₂O，
故答案為：4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O；
②從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作，步驟③為電解氧化鋁，氧化鋁熔點(diǎn)高，用冰晶石作助熔劑，電解氧化鋁生成鋁和氧氣，反應(yīng)為：2Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃電解}$4Al+3O₂↑，
故答案為：蒸發(fā)、結(jié)晶；2Al₂O₃$\frac{\underline{\;\;\;\;\;冰晶石\;\;\;\;\;}}{970℃電解}$4Al+3O₂↑；
③設(shè)可生產(chǎn)x噸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸，則：
4KAl（SO₄）₂•12H₂O～9H₂SO₄，
4×b              9×98
at×96%          xt×98%    解得：x=$\frac{216a}$，
故答案為：$\frac{216a}$．

點(diǎn)評(píng) 本題以氯化鐵以及氯化亞鐵、Al、K₂SO₄和H₂SO₄制取為載體，考查的是實(shí)驗(yàn)室中氯氣的制取方法、常見尾氣的處理方法以及鐵離子的檢驗(yàn)等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．