Question

8．實(shí)驗(yàn)室用硫酸鋁酸性溶液制備可溶性的堿式硫酸鋁[Al_a（SO₄）_b（OH）_c]，并用它對煙氣進(jìn)行脫硫處理的過程如圖1：

（1）加CaCO₃調(diào)節(jié)溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al₂（SO₄）₃轉(zhuǎn)化為Al_a（SO₄）_b（OH）_c．過濾時(shí)所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯，濾渣的主要成分為CaSO₄（填化學(xué)式）．
（2）上述流程中經(jīng)完全熱分解放出的SO₂量總是小于吸收的SO₂量，其主要原因是溶液中的部分SO₃^2- 被氧化成SO₄^2-；與吸收SO₂前的溶液相比，熱分解后循環(huán)利用的溶液的pH將減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”）．
（3）Al_a（SO₄）_b（OH）_c中a、b、c的代數(shù)關(guān)系式為3a=2b+c．
（4）已知在常溫下溶液中Al³⁺、AlO₂^-的濃度與溶液pH的關(guān)系如圖2所示．為確定堿式硫酸鋁的組成，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
①取2.18g堿式硫酸鋁樣品在空氣中灼燒至恒重，樣品質(zhì)量減少了0.36g．
②另取2.18g堿式硫酸鋁溶于水，調(diào)節(jié)溶液的pH到5.0～7.8．
③將②產(chǎn)生的沉淀過濾、洗滌、灼燒至恒重，稱量剩余固體為1.02g．
請計(jì)算樣品中Al³⁺和SO₄^2-的物質(zhì)的量之比（寫出計(jì)算過程）．

Answer 1

分析 根據(jù)流程可知，Al₂（SO₄）₃溶液中加入CaCO₃調(diào)節(jié)溶液的pH至3.6，使Al₂（SO₄）₃轉(zhuǎn)化為CaSO₄沉淀，過濾得濾渣為CaSO₄，濾液中含有鋁離子、硫酸根離子等，吸收含有二氧化硫的煙氣，在溶液中生成亞硫酸根離子，部分亞硫根離子會(huì)被空氣氧化成硫酸，將溶液再加熱亞硫酸鹽分解生成二氧化硫，所得溶液循環(huán)利用再用來吸收煙氣，
（1）過濾時(shí)所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒、燒杯；硫酸根離子與鈣離子反應(yīng)生成硫酸鈣是微溶于水的物質(zhì)，易形成沉淀；
（2）在溶液中SO₃^2-易被氧化生成SO₄^2-，弱酸根離子轉(zhuǎn)化為強(qiáng)酸根離子溶液酸性增強(qiáng)；
（3）根據(jù)化合物中化合價(jià)代數(shù)和為零可知abc的關(guān)系；
（4）堿式硫酸鋁樣品在空氣中灼燒至恒重，樣品中的氫元素全部以水的形式失去，根據(jù)水的質(zhì)量可求得樣品中氫氧根離子的物質(zhì)的量，在硫酸鋁溶液中，隨著pH值的升高，調(diào)節(jié)溶液的pH到5.0～7.8，生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁沉淀經(jīng)過過濾、洗滌、灼燒至恒重，得氧化鋁，根據(jù)氧化鋁的質(zhì)量可求得樣品中鋁元素的物質(zhì)的量，根據(jù)電荷守恒可求得硫酸根離子的物質(zhì)的量，據(jù)此確定品中Al³⁺和SO₄^2-的物質(zhì)的量之比．

解答 解：根據(jù)流程可知，Al₂（SO₄）₃溶液中加入CaCO₃調(diào)節(jié)溶液的pH至3.6，使Al₂（SO₄）₃轉(zhuǎn)化為CaSO₄沉淀，過濾得濾渣為CaSO₄，濾液中含有鋁離子、硫酸根離子等，吸收含有二氧化硫的煙氣，在溶液中生成亞硫酸根離子，部分亞硫根離子會(huì)被空氣氧化成硫酸，將溶液再加熱亞硫酸鹽分解生成二氧化硫，所得溶液循環(huán)利用再用來吸收煙氣，
（1）過濾時(shí)所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒、燒杯，通過以上分析知，濾渣的成分是CaSO₄，
故答案為：漏斗、玻璃棒；CaSO₄；
（2）溶液吸收二氧化硫生成SO₃^2-，在溶液中SO₃^2-易被氧化生成SO₄^2-，所以上述流程中經(jīng)完全熱分解放出的SO₂量總是小于吸收的SO₂量；溶液中SO₃^2-屬于弱酸根離子被氧氣氧化為轉(zhuǎn)化為SO₄^2-，SO₄^2-為強(qiáng)酸根離子，則溶液酸性增強(qiáng)，pH減小；
故答案為：溶液中的部分SO₃^2- 被氧化成SO₄^2-；減小；
（3）根據(jù)化合物中化合價(jià)代數(shù)和為零可知abc的關(guān)系為3a=2b+c，
故答案為：3a=2b+c；
（4）由步驟①可知n（H₂O）=0.36 g/18 g•mol^-1=0.02 mol，所以n（OH^-）=0.02 mol×2=0.04 mol，
由③可知1.02 g為Al₂O₃，則n（Al₂O₃）=1.02 g/102 g•mol^-1=0.01 mol，所以樣品中n（Al³⁺）=0.02 mol　根據(jù)電荷守恒可知，樣品中n（SO₄^2-）=（0.02 mol×3-0.04 mol）/2=0.01 mol，所以n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）=0.02 mol：0.01mol=2：1，
答：樣品中Al³⁺和SO₄^2-的物質(zhì)的量之比為2：1．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)的制備原理及化學(xué)計(jì)算，明確物質(zhì)的性質(zhì)及各物質(zhì)的關(guān)系是解本題關(guān)鍵，會(huì)從整體上分析每一步發(fā)生的反應(yīng)及基本操作，知道加入物質(zhì)的用途，題目難度中等．