Question

8．高純氧化鋁可用于制高壓鈉燈的陶瓷管．工業(yè)上常用鋁土礦（主要成分為Al₂O₃和少量的 SiO₂、Fe₂O₃雜質(zhì)）先生產(chǎn)銨明礬晶體，再熱分解銨明礬晶體得到高純氧化鋁．其工藝流程圖如下：

（1）廢渣a成分是：二氧化硅；（寫(xiě)名稱(chēng)）從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的操作“結(jié)晶”操作中，母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮至溶液表面剛出現(xiàn)薄層的結(jié)晶為止，冷卻結(jié)晶，得到銨明礬（含結(jié)晶水）．母液不能蒸干的原因是減少可溶性雜質(zhì)的析出及Al³⁺水解；
（2）反應(yīng)Ⅶ的化學(xué)方程式為：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂；
（3）測(cè)定銨明礬組成的方法是：
a．稱(chēng)取90.6g銨明礬樣品，高溫灼燒，得Al₂O₃殘留固體10.2g；
b．稱(chēng)取90.6g銨明礬樣品，用適量蒸餾水溶解，再加入稍過(guò)量的BaCl₂溶液，經(jīng)靜置、過(guò)濾、洗凈，得BaSO₄93.2g；
c．稱(chēng)取90.6g樣品，加入足量的NaOH溶液，加熱，產(chǎn)生氣體依次通過(guò)堿石灰和濃硫酸，濃硫酸增重3.40g．則銨明礬的化學(xué)式為NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O；
（4）有同學(xué)認(rèn)為，第（3）問(wèn)測(cè)定銨明礬組成的方法a、b、c三個(gè)試驗(yàn)中，有一個(gè)實(shí)驗(yàn)不必實(shí)施也能推導(dǎo)出銨明礬的化學(xué)式，您認(rèn)為合理嗎？若合理，請(qǐng)?jiān)谙铝锌崭駥?xiě)出不必實(shí)施的實(shí)驗(yàn)代號(hào)（即填上a、b、或c）；若不合理，則在下列空格填上“不合理”，并說(shuō)明原因．你的結(jié)論是a或c；
（5）過(guò)硫酸銨[（NH₄）₂S₂O₈]在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的用途，可以作為氧化劑和漂白劑，廣泛地用于蓄電池工業(yè)；還用作聚合的引發(fā)劑、纖維工業(yè)的脫漿劑．在上述的工藝流程中用惰性電極電解X與反應(yīng)Ⅵ所得物質(zhì)的混合溶液可以得到過(guò)硫酸銨．寫(xiě)出陽(yáng)極反應(yīng)式：2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-．

Answer 1

分析 鋁土礦（主要成分為Al₂O₃和少量的 SiO₂、Fe₂O₃雜質(zhì)）鋁土礦的主要成分是氧化鋁，根據(jù)題中流程圖可知，在反應(yīng)Ⅲ中通入二氧化碳，而流程最后要得到硫酸鹽，所以為了除去雜質(zhì)，先在鋁土礦中加入過(guò)量的稀硫酸，得廢渣a為SiO₂，濾液中含有Al³⁺、Fe³⁺，所以X為稀硫酸，再加過(guò)量的氫氧化鈉溶液，生成偏鋁酸鈉溶液和氫氧化鐵沉淀，所以廢渣b為氫氧化鐵，Y為氫氧化鈉，反應(yīng)Ⅲ為偏鋁酸鈉溶液與過(guò)量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和廢液，反應(yīng)Ⅳ為氫氧化鋁中加上硫酸可以制得Al₂（SO₄）₃，反應(yīng)Ⅵ中氨氣與硫酸反應(yīng)生成（NH₄）₂SO₄，反應(yīng)Ⅴ中（NH₄）₂SO₄轉(zhuǎn)化為銨明礬，電解硫酸和硫酸銨的混合溶液，在陰極上得氫氣，陽(yáng)極上得（NH₄）₂S₂O₈，反應(yīng)ⅤⅡ?yàn)椋∟H₄）₂S₂O₈與水反應(yīng)生成雙氧水和NH₄HSO₄，據(jù)此答題．
（1）由上述分析可知，廢渣a為SiO₂，母液不能蒸干的原因是減少可溶性雜質(zhì)的析出及Al³⁺水解；
（2）反應(yīng)ⅤⅡ?yàn)椋∟H₄）₂S₂O₈與水反應(yīng)生成雙氧水和NH₄HSO₄；
（3）根據(jù)題中數(shù)據(jù)，計(jì)算出鋁元素質(zhì)量、硫酸根離子質(zhì)量，再根據(jù)總質(zhì)量計(jì)算出水的質(zhì)量，最后計(jì)算出銨明礬的化學(xué)式；
（4）依據(jù)電荷守恒可以計(jì)算另一種離子物質(zhì)的量分析．（3）NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O；
（5）根據(jù)電解原理陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₄²?失電子生成S₂O₈^2-，結(jié)合電荷守恒寫(xiě)出電極反應(yīng)．

解答 解：（1）由上述分析可知，廢渣a為SiO₂，名稱(chēng)為二氧化硅，母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮至溶液表面剛出現(xiàn)薄層的結(jié)晶為止，冷卻結(jié)晶，得到銨明礬（含結(jié)晶水）．母液不能蒸干的原因是減少可溶性雜質(zhì)的析出及Al³⁺水解，
故答案為：二氧化硅，減少可溶性雜質(zhì)的析出及Al³⁺水解
（2）根據(jù)元素守恒和題中信息可知，反應(yīng)ⅤⅡ?yàn)椋∟H₄）₂S₂O₈與水反應(yīng)生成雙氧水和NH₄HSO₄，反應(yīng)Ⅶ的化學(xué)方程式為（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂，
故答案為：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂
（3）a．稱(chēng)取90.6g銨明礬樣品，高溫灼燒，得Al₂O₃殘留固體10.20g，氧化鋁的物質(zhì)的量為：$\frac{10.20g}{102g/mol}$=0.1mol，含有0.2mol鋁離子，質(zhì)量為5.4g
b．稱(chēng)取90.6g銨明礬樣品，用適量蒸餾水溶解，再加入稍過(guò)量的BaCl₂溶液，經(jīng)陳化、過(guò)濾、灰化，得BaSO₄93.2g；硫酸鋇的物質(zhì)的量為：$\frac{93.2g}{233g/mol}$=0.4mol，含有硫酸根離子的物質(zhì)的量為0.4mol，質(zhì)量為38.4g，
c．稱(chēng)取90.6g樣品，加入足量的NaOH溶液，加熱，產(chǎn)生氣體依次通過(guò)堿石灰和濃硫酸，濃硫酸增重3.40g，濃硫酸增重的質(zhì)量為氨氣質(zhì)量，氨氣的物質(zhì)的量為：$\frac{3.40g}{17g/mol}$=0.2mol，銨離子的物質(zhì)的量為0.2mol，質(zhì)量為3.6g，
90.6g樣品中，含有水的質(zhì)量為：90.6g-5.4-38.4-3.6=43.2g，水的物質(zhì)的量為：$\frac{43.2g}{18g/mol}$=2.4mol，
n（NH₄⁺）：n（Al³⁺）：n（SO₄^2-））：n（H₂O）=0.2：0.2：0.4：2.4=1：1：2：12，
所以銨明礬的化學(xué)式：NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O
故答案為：NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O；
（7）第（3）問(wèn)測(cè)定銨明礬組成的方法a、b、c三個(gè)試驗(yàn)中，有一個(gè)實(shí)驗(yàn)不必實(shí)施也能推導(dǎo)出銨明礬的化學(xué)式，合理，銨根離子和氯離子只需測(cè)定一種，按照電荷守恒計(jì)算另一種陽(yáng)離子的物質(zhì)的量，所以合理，填a或c，
故答案為：a或c；
（5）根據(jù)電解原理陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₄²?失電子生成S₂O₈^2-，電極方程式為2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，
故答案為：2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查化學(xué)流程的分析、基本操作、電解原理、離子濃度比較、化學(xué)反應(yīng)的判斷，把握工藝流程及發(fā)生的反應(yīng)、混合物分離提純等為解答的關(guān)鍵，題目難度中等，需要學(xué)生具備閱讀獲取信息能力、綜合運(yùn)用知識(shí)、信息分析問(wèn)題解決問(wèn)題能力．