Question

14．銨明礬[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]是常見的食品添加劑，用于焙烤食品，可通過硫酸鋁溶液和硫酸銨溶液反應制備．用芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）制備純堿和銨明礬的生產工藝流程圖如圖1：

完成下列填空：
（1）銨明礬溶液呈酸性性，它可用于凈水，原因是銨明礬溶液電離出的鋁離子水解生成氫氧化鋁膠體，有吸附作用；向其溶液中逐滴加入NaOH溶液至過量，可觀察到的現象是先產生白色沉淀，后產生有刺激性氣味的氣體，再加入過量的NaOH溶液，白色沉淀逐漸溶解并消失．
（2）寫出過程Ⅰ的化學反應方程式2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ．
（3）若省略過程Ⅱ，直接將硫酸鋁溶液加入濾液A中，銨明礬的產率會明顯降低，原因是省略過程Ⅱ，因HCO₃^-與Al³⁺的水解相互促進，產生大量氫氧化鋁沉淀，導致銨明礬的產率降低．
（4）已知銨明礬的溶解度隨溫度升高明顯增大．加入硫酸鋁后，經過程 III的系列實驗得到銨明礬，該系列的操作是加熱濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥．
（5）某同學用圖2圖示的裝置探究銨明礬高溫分解后氣體的組成成份．
（a）夾住止水夾K₁，打開止水夾K₂，用酒精噴燈充分灼燒．實驗過程中，裝置A和導管中未見紅棕色氣體；試管C中的品紅溶液褪色；在支口處可檢驗到NH₃，方法是打開K₁，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近支口，出現白煙；在裝置A與B之間的T型導管中出現白色固體，該白色固體可能是（NH₄）₂SO₃（任填一種物質的化學式）；另分析得出裝置A試管中殘留的白色固體是兩性氧化物，寫出它溶于NaOH溶液的離子方程式Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（b）該同學通過實驗證明銨明礬高溫分解后氣體的組成成份是NH₃、N₂、SO₃、SO₂和H₂O，且相同條件下測得生成N₂和SO₂的體積比是定值，V（N₂）：V（SO₂）=1：3．

Answer 1

分析 碳酸氫銨溶液中加入硫酸鈉，過濾得到濾渣與溶液A，而濾渣焙燒得到碳酸鈉與二氧化碳，可知濾渣為NaHCO₃，過程I利用溶解度不同發(fā)生復分解反應：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，濾液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，調節(jié)pH使NH₄HCO₃轉化二氧化碳與（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B為（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸鋁得銨明礬．
（1）銨明礬溶液中鋁離子水解，溶液呈酸性，得到氫氧化鋁膠體，可以用于凈水；向溶液中加入氫氧化鈉溶液，首先與溶液中鋁離子反應生成氫氧化鋁沉淀，再與氨氣根離子反應生成氨氣，再加入過量的NaOH溶液溶解氫氧化鋁；
（2）過程I利用溶解度不同發(fā)生復分解反應；
（3）HCO₃^-與Al³⁺的水解相互促進，產生大量氫氧化鋁沉淀；
（4）用于銨明礬的溶解度隨溫度升高明顯增大，從溶液中獲得晶體，加熱濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥；
（5）（a）由題目信息可知有NH₃生成，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近支口檢驗氨氣；裝置A和導管中未見紅棕色氣體，試管C中的品紅溶液褪色，說明加熱分解有SO₂生成，氨氣與二氧化硫、水蒸汽反應可以生成（NH₄）₂SO₃；裝置A試管中殘留的白色固體是兩性氧化物，該物質為氧化鋁；
（b）根據電子轉移守恒確定n（N₂）：n（SO₂），相同條件下氣體體積之比等于其物質的量之比．

解答 解：碳酸氫銨溶液中加入硫酸鈉，過濾得到濾渣與溶液A，而濾渣焙燒得到碳酸鈉與二氧化碳，可知濾渣為NaHCO₃，過程I利用溶解度不同發(fā)生復分解反應：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，濾液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，調節(jié)pH使NH₄HCO₃轉化二氧化碳與（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B為（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸鋁得銨明礬．
（1）銨明礬溶液中鋁離子水解：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，破壞水的電離平衡，溶液呈酸性；水解得到氫氧化鋁膠體，可以吸附懸浮物質，可以用于凈水；向溶液中加入氫氧化鈉溶液，首先與溶液中鋁離子反應生成氫氧化鋁沉淀，再與氨氣根離子反應生成氨氣，再加入過量的NaOH溶液溶解氫氧化鋁，現象為：先產生白色沉淀，后產生有刺激性氣味的氣體，再加入過量的NaOH溶液，白色沉淀逐漸溶解并消失，
故答案為：酸性；銨明礬溶液電離出的鋁離子水解生成氫氧化鋁膠體，有吸附作用，故銨明礬能凈水；先產生白色沉淀，后產生有刺激性氣味的氣體，再加入過量的NaOH溶液，白色沉淀逐漸溶解并消失；
（2）過程I利用溶解度不同發(fā)生復分解反應，反應方程式為：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，
故答案為：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ；
（3）省略過程Ⅱ，因HCO₃^-與Al³⁺的水解相互促進，產生大量氫氧化鋁沉淀，導致銨明礬的產率降低，
故答案為：省略過程Ⅱ，因HCO₃^-與Al³⁺的水解相互促進，產生大量氫氧化鋁沉淀，導致銨明礬的產率降低；
（4）用于銨明礬的溶解度隨溫度升高明顯增大，從溶液中獲得晶體，加熱濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥，
故答案為：冷卻結晶；
（5）（a）檢驗氨氣方法為：打開K₁，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近支口，出現白煙；
裝置A和導管中未見紅棕色氣體，試管C中的品紅溶液褪色，說明加熱分解有SO₂生成，氨氣與二氧化硫、水蒸汽反應可以生成（NH₄）₂SO₃，白色固體可能是（NH₄）₂SO₃；
裝置A試管中殘留的白色固體是兩性氧化物，該物質為氧化鋁，與氫氧化鈉溶液反應離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：打開K₁，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近支口，出現白煙；（NH₄）₂SO₃；Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（b）根據電子轉移守恒：2×[0-（-3）]×n（N₂）=n（SO₂）×（6-4），故n（N₂）：n（SO₂）=1：3，相同條件下氣體體積之比等于其物質的量之比，故V（N₂）：V（SO₂）=1：3，
故答案為：1：3．

點評 本題考查制備實驗方案設計、物質組成的測定，明確工藝流程原理是解題關鍵，綜合考查學生分析解決問題的能力，難度中等．