Question

14．為保護環(huán)境，節(jié)約資源，某研究性學習小組探究用易拽罐制取明礬[KAl（SO₄）₂•12H₂O]．
查閱資料得知：朗礬溶于水，不溶于乙醇：易拉罐主要成分為鋁，另含有鎂、鐵等．
實驗步驟如下：
步驟1、將易拉罐剪開，裁成鋁片．用砂紙磨去表面的油漆，顏料及透明塑膠內襯：
步驟2、制備NaAlO₂
稱量1g上述處理過的鋁片，切碎，分數(shù)次放入盛有40mL5% NaOH溶液的燒杯中：將燒杯置于熱水浴中加熱．反應完畢后，溶液呈灰黑色渾濁，趁熱過濾．
步驟3、氫氧化鋁的生成和洗滌
在所得濾液中滴加3mol•L^-1H₂SO₄溶液，用pH試紙檢驗，調節(jié)pH至8～9為止：此時溶液中生成大量的白色氫氧化鋁沉淀，過濾，并用熱蒸餾水多次洗滌沉淀
步驟4、明礬的制備
將過濾后所得氫氧化鋁沉淀轉入蒸發(fā)皿中，加10mL 9mol/L H₂SO₄，再加15mL水，小火加熱使其溶解，加入4g硫酸鉀繼續(xù)加熱至溶解，將所得溶液在空氣中自然冷卻，待結晶完全后，過濾，用無水酒精洗滌晶體兩次；將晶體用濾紙吸干，制得明礬．
回答以下問題：
（1）步驟2中鋁片溶于燒堿的反應建議在通風櫥中進行，用熱水浴加熱，避免明火，原因是反應中生成的氫氣遇到明火易爆炸；過濾后，濾渣的主要成分是鎂、鐵等．
（2）步驟3中，若調節(jié)pH過低，導致的結果是部分氫氧化鋁溶解；洗滌氫氧化鋁沉淀的方法是用布氏漏斗抽濾，并用熱水洗滌沉淀．
（3）步驟4中用到的主要儀器是：鐵架臺（帶鐵圈），蒸發(fā)皿、量筒、漏斗、燒杯、酒精燈和玻璃棒；加入硫酸鉀后制取明礬的化學反應方程式是Al₂（SO₄）₃+K₂SO₄+24H₂O=2KAl（SO₄）₂•12H₂O．
（4）不用水而用無水酒精洗滌明礬晶體的原因是明礬易溶于水、不溶于無水酒精．
（5）實驗驗證明礬晶體中含有SO^2-₄離子的方法是取少量明礬溶于水，先加入鹽酸，無現(xiàn)象，再加入氯化鋇溶液生成白色沉淀．
（6）該實驗制得明礬15.8g，則稱取的1g鋁片中鋁元素含量不低于90%．

Answer 1

分析 （1）鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，生成的氫氣為可燃氣體，遇到明火易發(fā)生爆炸；根據(jù)“易拉罐主要成分為鋁，另含有鎂、鐵等”分析濾渣的主要成分；
（2）若溶液pH過低，氫氧化鋁會與氫離子反應生成鋁離子；將氫氧化鋁沉淀放入過濾裝置中反復用水沖洗；
（3）溶解氫氧化鋁和硫酸鉀固體的過程中需要用玻璃棒攪拌；硫酸鋁、硫酸鉀和水反應生成KAl（SO₄）₂•12H₂O，據(jù)此寫出反應的方程式；
（4）明礬能夠溶于水，不溶于無水酒精，據(jù)此進行判斷；
（5）檢驗SO₄^2-，可先加入鹽酸，無現(xiàn)象，再加入氯化鋇溶液觀察是否有沉淀生成；
（6）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算出明礬的物質的量，再根據(jù)質量守恒定律計算出需要鋁的質量，最后計算出鋁片中鋁元素的最低百分含量．

解答 解：（1）驟2中鋁片溶于燒堿的反應建議在通風櫥中進行，用熱水浴加熱，避免明火，原因是鋁與氫氧化鈉溶液反應生成可燃性氣體氫氣，若用滅火容易發(fā)生爆炸現(xiàn)象；
易拉罐主要成分為鋁，另含有鎂、鐵等，鎂、鐵等雜志不與氫氧化鈉溶液反應，所以濾渣的主要成分為鎂、鐵等，
故答案為：反應中生成的氫氣遇到明火易爆炸；鎂、鐵等；
（2）氫氧化鋁為兩性氫氧化物，步驟3中若調節(jié)pH過低，會導致部分氫氧化鋁溶解；洗滌氫氧化鋁沉淀的方法是：用布氏漏斗抽濾，并用熱水洗滌沉淀，
故答案為：部分氫氧化鋁溶解；用布氏漏斗抽濾，并用熱水洗滌沉淀；
（3）過濾后所得氫氧化鋁沉淀轉入蒸發(fā)皿中，加10mL 9mol/L H₂SO₄，再加15mL水，小火加熱使其溶解，加入4g硫酸鉀繼續(xù)加熱至溶解，在溶解的過程中都需要使用玻璃棒，所以還缺少的儀器為玻璃棒；加入硫酸鉀后制取明礬的化學反應方程式為：Al₂（SO₄）₃+K₂SO₄+24H₂O=2KAl（SO₄）₂•12H₂O，
故答案為：Al₂（SO₄）₃+K₂SO₄+24H₂O=2KAl（SO₄）₂•12H₂O；
（4）由于明礬溶于水、不溶于無水酒精，所以用無水酒精洗滌明礬晶體而不能使用水洗滌；
故答案為：明礬易溶于水、不溶于無水酒精；
（5）檢驗SO₄^2-的方法為：取少量明礬溶于水，先加入鹽酸，無現(xiàn)象，再加入氯化鋇溶液生成白色沉淀，證明明礬中存在硫酸根離子，
故答案為：取少量明礬溶于水，先加入鹽酸，無現(xiàn)象，再加入氯化鋇溶液生成白色沉淀，證明明礬中存在硫酸根離子；
（6）該實驗制得明礬15.8g，明礬的物質的量為：$\frac{15.8g}{474g/mol}$=$\frac{1}{30}$mol，根據(jù)質量守恒，制備15.8g明礬需要金屬鋁的質量為：27g/mol×$\frac{1}{30}$mol=0.9g，
由于制備過程中會有損失的鋁元素，則稱取的1g鋁片中鋁元素含量不低于：$\frac{0.9g}{1g}$×100%=90%，
故答案為：90．

點評 本題考查了物質制備方案的設計、化學實驗基本操作方法及其綜合應用，題目難度中等，明確制備原理為解答根據(jù)，注意掌握化學實驗基本操作方法，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．