Question

【題目】KAl(SO4)2·12H2O（明礬）是一種復(fù)鹽，在造紙等方面應(yīng)用廣泛。實驗室中，采用廢易拉罐（主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質(zhì)）制備明礬的過程如下圖所示。

回答下列問題：

（1）為盡量少引入雜質(zhì)，試劑①應(yīng)選用NaOH溶液，若選用H2SO4溶液，其后果是_________。

（2）易拉罐溶解過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________；濾液A中的某種離子與NH4+，HCO3-均能反應(yīng)生成沉淀B，該離子與NH4+反應(yīng)的離子方程式為___________。

（3）Al(OH)3在水中存在兩種電離方式，其中：Al(OH)3(aq)AlO2-+H+(aq)+H2O(l) Ka=2.0×10-13(25℃)，則25℃時Al(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________________（列出含Kw、Ka的表達式并計算）

（4）明礬與硫磺焙燒時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：KAl(SO4)2·12H2O+SK2SO4+Al2O3+SO2↑+H2O（未配平），配平后的化學(xué)計量數(shù)依次為____________；每生成67.2L標準狀況下的SO2，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為________；焙燒產(chǎn)生的SO2經(jīng)催化氧化、吸收等過程可制得硫酸，若SO2催化氧化時的轉(zhuǎn)化率為96.0%，則理論上用該法生成硫酸時硫元素的總轉(zhuǎn)化率為__________。

Answer 1

【答案】 引入雜質(zhì)Fe2+、Mg2+ 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ AlO2- + NH4+ +2H2O = Al(OH)3↓ + NH3·H2O

（或AlO2- + NH4+ +H2O = Al(OH)3↓ + NH3↑） = =20（2分） （解析：K= = =） 4、3、2、2、9、48 4 mol 78.5%

【解析】（1）從易拉罐的成分看，試劑①若選用H2SO4溶液，Fe、Mg雜質(zhì)會發(fā)生反應(yīng)生成Fe2+、Mg2+，從而引入雜質(zhì)。

（2）易拉罐溶解過程中Al及表面的氧化膜Al2O3都能反應(yīng)，但主要的反應(yīng)是Al與堿反應(yīng)，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。濾液A為偏鋁酸鈉及過量的氫氧化鈉，能與NH4+，HCO3-均能反應(yīng)生成沉淀的為偏鋁酸根，該離子與NH4+反應(yīng)的離子方程式為AlO2- + NH4+ +2H2O = Al(OH)3↓ + NH3·H2O。（或AlO2- + NH4+ +H2O = Al(OH)3↓ + NH3↑）

（3）25℃時Al(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)的平衡常數(shù)K= = == =20。

（4）明礬與硫磺焙燒時KAl(SO4)2·12H2O中部分S化合價從+6降低到SO2的+4價，S從0價升高到SO2的+4價，根據(jù)化合價升降總數(shù)相等配平可得，4KAl(SO4)2·12H2O+3S2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O。按照方程式系數(shù)，每生成9mol SO2轉(zhuǎn)移12mol電子，則每生成67.2L標準狀況下的SO2，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為4 mol。

根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式，反應(yīng)物中共有11個S原子，生成9個SO2分子，又因為SO2催化氧化時的轉(zhuǎn)化率為96.0%，則理論上用該法生成硫酸時硫元素的總轉(zhuǎn)化率為9÷11×96.0%=78.5%。