Question

7．明礬石經處理后得到明礬[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）A1₂O₃在一定條件下可制得AIN，其晶體結構如圖2所示，該晶體中Al的配位數是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）+H₂O═NaAlO₂+3Ni（OH）₂．
（5）焙燒產生的SO₂可用于制硫酸．已知25℃、101kPa時：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol；
2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=一44kJ/mol；
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/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%，可生產質量分數為98%的硫酸432t．

Answer 1

分析 明礬和硫焙燒發(fā)生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；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)結晶得到K₂SO₄晶體，電解Al₂O₃，制得Al，以此解答該題．
（1）依據化學方程式中元素化合價變化分析判斷，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）相聯系的配位原子的數目；
（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）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；依據硫元素守恒計算得到．

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，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）依據晶體晶胞結構分析，結合配位數含義可知，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）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197kJ/molⅠ
H₂O（g）?H₂O（l）△H₂=-44kJ/molⅡ
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ/molⅢ
依據蓋斯定律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；
948 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：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol；432．

點評 本題考查物質的制備，為高考常見題型，題目難度中等，涉及氧化還原反應概念分析判斷、晶體結構的理解、原電池的應用、熱化學方程式和蓋斯定律的計算、元素守恒的計算，試題有利于培養(yǎng)學生的邏輯推理能力，提高學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力及實驗能力．