Question

18．納米氧化鋁在陶瓷、電子、生物醫(yī)藥等方面有廣泛的用途，它可通過(guò)硫酸鋁銨晶體熱分解得到[已知：硫酸鋁銨晶體的化學(xué)式為Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O，相對(duì)分子質(zhì)量為906．制備硫酸鋁銨晶體的實(shí)驗(yàn)流程如圖：

（1）H₂O₂氧化FeSO₄的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（2）加入氨水的目的是沉淀雜質(zhì)Fe³⁺，其化學(xué)反應(yīng)方程式為Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O═2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄．
（3）若要保證產(chǎn)品的純度，必須檢驗(yàn)加入氨水后雜質(zhì)是否除盡．其實(shí)驗(yàn)操作是：用試管取少量濾液，滴入2-3滴KSCN[或NH₄SCN]溶液，若溶液不變紅色，則說(shuō)明雜質(zhì)已除凈．
（4）上述流程中，“分離”所包含的操作依次為：蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥；請(qǐng)完成硫酸鋁銨晶體高溫分解的化學(xué)方程式：2Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O═2Al₂O₃+4NH₃↑+8SO₃↑+26H₂O．
（5）取4.53g 硫酸鋁銨晶體加熱分解，最終剩余0.51g Al₂O₃固體．加熱過(guò)程中，固體質(zhì)量隨溫度的變化如右圖所示．請(qǐng)計(jì)算確定400℃時(shí)（硫酸銨未分解）剩余固體成分的化學(xué)式為Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•H₂O（不必寫出計(jì)算過(guò)程）．

Answer 1

分析 由工藝流程可知，加入過(guò)氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2 Fe³⁺+2H₂O，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，過(guò)濾后濾液主要含硫酸銨，氫氧化鋁與硫酸混合反應(yīng)生成硫酸鋁溶液，再將硫酸銨和硫酸鋁溶液混合反應(yīng)，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等最終得到硫酸鋁銨晶體．
（1）H₂O₂與Fe²⁺在酸性條件下反應(yīng)生成鐵離子和水；
（2）加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，一水合氨和鐵離子反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀；
（3）過(guò)濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液檢驗(yàn)是否含有Fe³⁺；
（4）由工藝流程可知，流程中“分離”是從溶液中獲得晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等，依據(jù)原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；
（5）計(jì)算晶體中水的質(zhì)量，根據(jù)固體質(zhì)量差，計(jì)算晶體中剩余結(jié)晶水的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算剩余固體中n[（NH₄）Al（SO₄）₂]：n（H₂O），據(jù)此書寫化學(xué)式．

解答 解：（1）由工藝流程可知，加入過(guò)氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，F(xiàn)e³⁺使轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O=2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄，
故答案為：沉淀雜質(zhì)Fe³⁺；Fe₂（SO₄）₃+6NH₃•H₂O=2Fe（OH）₃↓+3（NH₄）₂SO₄；
（3）過(guò)濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，取少許濾液于試管中，加幾滴KSCN[或NH₄SCN]溶液，若溶液不變紅色，則雜質(zhì)已除盡，
故答案為：滴入2-3滴KSCN[或NH₄SCN]溶液，若溶液不變紅色；
（4）由工藝流程可知，流程中“分離”是從溶液中獲得晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等，依據(jù)原子守恒配平得到化學(xué)方程式為：2Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+8SO₃↑+4NH₃↑+26H₂O，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；2，8，4，26H₂O；
（5）取4.53g硫酸鋁銨晶體的物質(zhì)的量為$\frac{4.53g}{906g/mol}$=0.005mol，4.53g硫酸鋁銨晶體中水的質(zhì)量為0.005mol×24×18g/mol=2.16g，
加熱400℃時(shí)固體質(zhì)量減少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g，剩余固體中結(jié)晶水的物質(zhì)的量為$\frac{2.16g-2.07g}{18g/mol}$=0.005mol．
剩余固體中n[（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄]：n（H₂O）=0.005mol：0.005mol=1：1，故400℃時(shí)剩余固體成分的化學(xué)式為（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O．
故答案為：（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查鎂鋁及其化合物的性質(zhì)，對(duì)工藝流程理解、常用化學(xué)用語(yǔ)、鹽類水解、物質(zhì)的分離提純與離子檢驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算等，綜合性較大，題目難度較高，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與運(yùn)用知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力．