Question

5．納米氧化鋁在陶瓷材料、電子工業(yè)、生物醫(yī)藥等方面有廣闊的應用前景，它可通過硫酸鋁銨晶體熱分解得到．制備硫酸鋁銨晶體的實驗流程如圖1：

（1）氧化過程的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）檢驗上述流程中“過濾”后雜質是否除盡的實驗方法是取少量濾液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質已除盡，若溶液變紅色，則雜質未除盡．
（3）上述流程中，“分離”所包含的操作依次為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（4）取4.53g 硫酸鋁銨晶體加熱分解，最終剩余0.51g Al₂O₃固體．加熱過程中，固體質量隨溫度的變化如圖2所示．請通過計算確定400℃時剩余固體成分的化學式（寫出計算過程）．
[已知：硫酸鋁銨晶體的化學式為Al₂（NH₄）₂（SO₄）₄•24H₂O，化學式量為906]．

Answer 1

分析 由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調節(jié)溶液PH值，Fe³⁺使轉化為Fe（OH）₃，過濾除去，濾液中含有硫酸銨，硫酸與氫氧化鋁反應得到硫酸鋁溶液，硫酸銨溶液與硫酸鋁溶液混合后反應，再經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等得到硫酸鋁晶體．
（1）酸性條件下，過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（2）過濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，用KSCN溶液檢驗是否含有Fe³⁺；
（3）流程中“分離”是從溶液中獲得晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等；
（4）4.53g硫酸鋁銨晶體的物質的量為$\frac{4.53g}{906g/mol}$=0.005mol，4.53g硫酸鋁銨晶體中水的質量為0.005mol×24×18g/mol=2.16g，加熱400℃時固體質量減少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g，說明失去部分結晶水，計算晶體中剩余結晶水的質量，進而計算剩余固體中n[（（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄]：n（H₂O），據此確定化學式．

解答 解：由工藝流程可知，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氨水調節(jié)溶液PH值，Fe³⁺使轉化為Fe（OH）₃，過濾除去，濾液中含有硫酸銨，硫酸與氫氧化鋁反應得到硫酸鋁溶液，硫酸銨溶液與硫酸鋁溶液混合后反應，再經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等得到硫酸鋁晶體．
（1）酸性條件下，過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）過濾后的濾液中可能含有Fe³⁺，檢驗“過濾”后雜質是否除盡的實驗方法是：取少量濾液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質已除盡，若溶液變紅色，則雜質未除盡，
故答案為：取少量濾液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅色，則雜質已除盡，若溶液變紅色，則雜質未除盡；
（3）流程中“分離”是從溶液中獲得晶體，操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結晶；
（4）4.53g硫酸鋁銨晶體的物質的量為$\frac{4.53g}{906g/mol}$=0.005mol，
4.53g硫酸鋁銨晶體中水的質量為0.005mol×24×18g/mol=2.16g，
加熱400℃時固體質量減少△m=4.53g-2.46g=2.07g＜2.16g，
剩余固體中結晶水的物質的量為$\frac{2.16g-2.07g}{18g/mol}$=0.005mol，
剩余固體中n[（NH₄）Al（SO₄）₂]：n（H₂O）=0.01mol：0.005mol=2：1，
故400℃時剩余固體成分的化學式為（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O．
答：400℃時剩余固體成分的化學式為（NH₄）₂Al₂（SO₄）₄•H₂O．

點評 本題考查物質制備工藝流程、物質組成的計算等，需要學生具備扎實的基礎與運用知識分析解決問題的能力，（4）中正確判斷400℃時最終得到固體中是否含有結晶水是解本題關鍵，題目難度中等．