Question

12．明礬石的主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，還含有雜質(zhì)Fe₂O₃．利用明礬石來制取純凈的Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工藝流程如圖所示．

請回答下列問題：
（1）焙燒爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al₂（SO₄）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+6SO₂↑+3O₂↑，若生成102gAl₂O₃，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為3.612×10²⁴或6N_A．
（2）生成沉淀I的離子方程式為AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，沉淀II的化學(xué)式為Fe（OH）₃．
（3）溶液經(jīng)加硫酸調(diào)節(jié)pH后，過濾，洗滌，可得沉淀I，證明沉淀I已洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象是取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無色白色沉淀生成，則已洗干凈．
（4）寫出Cl₂將沉淀Ⅱ氧化為K₂FeO₄的化學(xué)方程式：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH=2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O．
（5）從濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發(fā)結(jié)晶．
（6）K₂FeO₄也可以鐵為電極，通過電解濃的KOH溶液來制取，寫出電解法制取K₂FeO₄的陽極反應(yīng)式：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 利用明礬石（主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，此外還含有少量Fe₂O₃雜質(zhì)）制備Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工藝流程：明礬脫水后主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃，“焙燒”Al₂（SO₄）₃中+6價(jià)降低為SO₂中+4價(jià)，Al₂（SO₄）₃是氧化劑，硫單質(zhì)為還原劑，發(fā)生2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+9SO₂，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鉀溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鉀，離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸調(diào)PH值，AlO₂^-轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，灼燒生成Al₂O₃，母液中離子主要有K⁺、SO₄^2-，含有溶質(zhì)為K₂SO₄，濾渣為Fe₂O₃，加硫酸Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，X為Fe₂（SO₄）₃，加氫氧化鉀Fe₂（SO₄）₃+6KOH=2Fe（OH）₃↓+3K₂SO₄，通入氯氣：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，制得K₂FeO₄，
（1）所含元素化合價(jià)降低的反應(yīng)物是氧化劑；反應(yīng)中硫單質(zhì)中硫元素化合價(jià)由0價(jià)升高為SO₂中+4價(jià)，硫單質(zhì)為還原劑，計(jì)算生成102gAl₂O₃需要硫的物質(zhì)的量，轉(zhuǎn)移電子是硫單質(zhì)的4倍，再根據(jù)N=nN_A轉(zhuǎn)移電子數(shù)目；
（2）分析流程結(jié)合氧化鋁的性質(zhì)可知，沉淀Ⅰ是Al（OH）₃，沉淀II是氫氧化鐵；
（3）沉淀Ⅰ是Al（OH）₃，證明沉淀Ⅰ已洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)操作是檢驗(yàn)洗滌液中師傅漢語硫酸根離子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)；
（4）從濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體；
（5）從硫酸鉀溶液中得到硫酸鉀晶體的方法是蒸發(fā)結(jié)晶；
（6）電解時陽極發(fā)生反應(yīng)生成FeO₄^2-，依據(jù)化合價(jià)的變化和電荷守恒書寫電極反應(yīng)．

解答 解：利用明礬石（主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃•6H₂O，此外還含有少量Fe₂O₃雜質(zhì)）制備Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工藝流程：明礬脫水后主要成分是K₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•2Al₂O₃，“焙燒”Al₂（SO₄）₃中+6價(jià)降低為SO₂中+4價(jià)，Al₂（SO₄）₃是氧化劑，硫單質(zhì)為還原劑，發(fā)生2Al₂（SO₄）₃+3S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+9SO₂，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鉀溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鉀，離子方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、SO₄^2-、AlO₂^-、OH^-等，加硫酸調(diào)PH值，AlO₂^-轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃，灼燒生成Al₂O₃，母液中離子主要有K⁺、SO₄^2-，含有溶質(zhì)為K₂SO₄，濾渣為Fe₂O₃，加硫酸Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，X為Fe₂（SO₄）₃，加氫氧化鉀Fe₂（SO₄）₃+6KOH=2Fe（OH）₃↓+3K₂SO₄，通入氯氣：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH═2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，制得K₂FeO₄，
（1）102gAl₂O₃的物質(zhì)的量是1mol，即生成1molAl₂O₃時也生成3mol的二氧化硫，硫酸根離子中S元素的化合價(jià)為+6價(jià)，二氧化硫中的S元素的化合價(jià)為+4價(jià)，所以生成3mol的二氧化硫轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是6mol，即3.612×10²⁴或6N_A，故答案為：3.612×10²⁴或6N_A；
（2）沉淀I是氫氧化鋁沉淀，明礬石經(jīng)過脫水、焙燒、與氫氧化鉀溶液反應(yīng)后得到的溶液中含有偏鋁酸根離子，加入硫酸生成氫氧化鋁沉淀，離子方程式為AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，沉淀II與氯氣、氫氧化鉀溶液反應(yīng)生成高鐵酸鉀，所以沉淀II的化學(xué)式為 Fe（OH）₃，
故答案為：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓；Fe（OH）₃；
（3）氫氧化鋁是偏鋁酸鉀溶液與硫酸溶液反應(yīng)的產(chǎn)物，所以氫氧化鋁沉淀中可能含有硫酸根離子，證明沉淀是否洗滌干凈即證明洗滌液中是否含有硫酸根離子，證明方法是取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無色白色沉淀生成，則已洗干凈，
故答案為：取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加BaCl₂溶液，若無色白色沉淀生成，則已洗干凈；
（4）沉淀II與氯氣、氫氧化鉀溶液反應(yīng)生成高鐵酸鉀，鐵元素化合價(jià)升高，氯元素的化合價(jià)降低成為氯離子，化學(xué)方程式為2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH=2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O，
故答案為：2Fe（OH）₃+3Cl₂+10KOH=2K₂FeO₄+6KCl+8H₂O；
（5）從硫酸鉀溶液中得到硫酸鉀晶體的方法是蒸發(fā)結(jié)晶，故答案為：蒸發(fā)結(jié)晶；
（6）以鐵為電極，電解濃的KOH溶液來制取K₂FeO₄，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，K₂FeO₄中鐵元素的化合價(jià)為+6價(jià)，所以鐵失6個電子與氫氧根離子結(jié)合生成FeO₄^2-，電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

點(diǎn)評 本題以鋁、鐵的化合物為載體考查了物質(zhì)間的反應(yīng)、物質(zhì)的分離和電解等知識點(diǎn)，明確物質(zhì)之間的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，這種綜合性較強(qiáng)的題型是高考熱點(diǎn)，須利用基礎(chǔ)知識細(xì)心分析解答，題目難度中等．