Question

17．工業(yè)上以Al（OH）₃、H₂SO₄、（NH₄）₂SO₄（含F(xiàn)eSO₄）為原料制備透明氧化鋁陶瓷的工藝流程如圖1所示：

回答下列問題：
（1）氧化步驟中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）已知：25℃時，K_W=1.0×10^-14，K_b（NH₃•H₂O）=1.75×10^-5．在（NH₄）₂SO₄溶液中，存在如下平衡：
NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為5.7×10^-10．
（3）NH₄Al（SO₄）₂溶液與過量NaOH溶液混合加熱，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₄Al（SO₄）₂+5NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+3H₂O+NaAlO₂+2Na₂SO₄．
（4）固體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O在加熱時，固體殘留率隨溫度的變化如圖2所示．633℃時剩余固體的成分為Al₂（SO₄）₃．
（5）綜上分析，流程圖中M混合氣體的主要成分的化學(xué)式為NH₃、H₂O、SO₃．M可用一種物質(zhì)吸收以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，該物質(zhì)的名稱是濃硫酸．

Answer 1

分析 Al（OH）₃、H₂SO₄發(fā)生反應(yīng)為2Al（OH）₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O；
工業(yè)（NH₄）₂SO₄（含F(xiàn)eSO₄）溶于水，然后向溶液中加入雙氧水，雙氧水具有氧化性、硫酸亞鐵具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵離子和水，離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，將得到的溶液中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，然后過濾得到濾渣；將濾液加入硫酸鋁溶液中，通過分離得到固體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，加熱固體NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，該物質(zhì)分解生成M和含鋁物質(zhì)，
（1）硫酸銨中含有硫酸亞鐵，亞鐵離子被雙氧水氧化成鐵離子；
（2）根據(jù)NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，K=$\frac{c（H{\;}^{+}）•c（N{H}_{3}•H{\;}_{2}O）}{c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（H{\;}^{+}）•c（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）}{c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）•c（O{H}^{-}）}$=$\frac{K{\;}_{W}}{K{\;}_（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）}$，據(jù)此解答；
（3）NH₄Al（SO₄）₂溶液與過量NaOH溶液反應(yīng)生成氨氣和偏鋁酸鈉；
（4）633℃時剩余固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)是反應(yīng)前的37.75%，根據(jù)硫酸鋁銨晶體分解情況分析，得出化學(xué)式；
（5）M的主要成分的化學(xué)式是NH₃、H₂O、SO₃ ；可以用濃硫酸吸收生成硫酸銨，以便重復(fù)利用．

解答 解：（1）亞鐵離子被氧化雙氧水成鐵離子，根據(jù)化合價升降相等配平方程式，離子方程式是：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案是：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）根據(jù)NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，K=$\frac{c（H{\;}^{+}）•c（N{H}_{3}•H{\;}_{2}O）}{c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（H{\;}^{+}）•c（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）}{c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）•c（O{H}^{-}）}$=$\frac{K{\;}_{W}}{K{\;}_（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）}$=$\frac{1.0×10{\;}^{-14}}{1.75×10{\;}^{-5}}$=5.7×10^-10，
故答案為：5.7×10^-10；
（3）NH₄Al（SO₄）₂溶液與過量NaOH溶液混合加熱，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NH₄Al（SO₄）₂+5NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+3H₂O+NaAlO₂+2Na₂SO₄，
故答案是：NH₄Al（SO₄）₂+5NaOH $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+3H₂O+NaAlO₂+2Na₂SO₄；
（4）假設(shè)有1mol硫酸鋁銨晶體，摩爾質(zhì)量是453g/mol，質(zhì)量是453g，最后得到的是氧化鋁，硫酸鋁銨晶體加熱過程中會分解，分別生成了水、氨氣、三氧化硫；
當(dāng)結(jié)晶水完全失去時，剩余固體與原始固體的質(zhì)量百分比是：$\frac{18×12}{453}$×100%≈52.32%，大于這個值，說明結(jié)晶水沒有完全失去；
當(dāng)溫度繼續(xù)升高，硫酸鋁銨中的硫酸銨開始分解生成氨氣和三氧化硫，硫酸銨完全分解時，剩余物為硫酸鋁，剩余固體與原始固體的質(zhì)量百分比是：$\frac{171}{453}$×100%≈37.75%；當(dāng)比值大于37.75%時，硫酸銨沒有完全分解，當(dāng)?shù)扔谶@個比值，說明硫酸銨恰好分解完全，小于這個比值，硫酸鋁開始分解；故B點(diǎn)剩余固體是硫酸鋁；
故答案是：Al₂（SO₄）₃；
（5）綜上分析，流程圖中M的主要成分的化學(xué)式為NH₃、H₂O、SO₃ ；可以用濃硫酸吸收生成硫酸銨重復(fù)使用；
故答案是：NH₃、H₂O、SO₃ ； 濃硫酸．

點(diǎn)評 本題考查了以Al（OH）₃、H₂SO₄、工業(yè)（NH₄）₂SO₄（含F(xiàn)eSO₄）為原料制備透明氧化鋁陶瓷的方法，關(guān)鍵提分析、理解題中信息，根據(jù)所學(xué)化學(xué)知識完成，本題難度中等．