Question

明礬石的主要成分是K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·2Al₂O₃·6H₂O，還含有少量Fe₂O₃雜質。利用明礬石制備氫氧化鋁的流程如下：

(1)焙燒爐中發生反應的化學方程式為2Al₂(SO₄)₃+3S2Al₂O₃+9SO₂，該反應的氧化劑是_______。若生成l molAl₂O₃，則轉移的電子數為__________________。
(2)熟料溶解時，反應的離子方程式為___________________________________________。
(3)母液中溶質主要成分的化學式為_____________________________________________。
(4)將標準狀況下1.12L爐氣通入100mL 0．5mol·L^-1NaOH溶液中，得到一種酸性溶液，則該溶液中各種離子濃度由大到小的排列順序為____________________________。
(5)檢驗廢渣中主要成分的方法是_____________________________________________________(寫出操作步驟、現象及結論)。

Answer 1

（14分）（1）Al₂(SO₄)₃（2分）；3.612×10²⁴（2分） （2）Al₂O₃＋3H₂O＋2OH^-＝2[Al(OH)₄]^－（2分）
（3）K₂SO₄、Na₂SO₄（2分，每式1分，有錯誤不得分）
（4）c(Na⁺)＞c(HSO₃^-)＞c(H⁺)＞c(SO₃^2-)＞c(OH^－)（3分，有錯不得分）
（5）取少量廢渣，加入適量稀H₂SO₄，溶解后滴加KSCN溶液，溶液變紅色，說明廢渣中含有Fe₂O₃（3分，步驟、現象和結論各1分）

試題分析：（1）根據方程式可知，反應中硫元素化合價由Al₂(SO₄)₃中＋6價降低為SO₂中＋4價，得到2個電子，發生還原反應，所以Al₂(SO₄)₃是氧化劑。反應中硫元素化合價由0價升高為SO₂中＋4價，硫單質為還原劑，生成1molAl₂O₃需要硫的物質的量為1mol×＝1.5mol，所以轉移電子的物質的量為1.5mol×4＝6mol，轉移電子數目為6mol×6.02×10²³mol^-1＝3.612×10²⁴。
（2）氧化鋁是兩性氧化物，能溶于氫氧化鈉溶液中，所以由工藝流程可知，熟料溶解為氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，反應離子方程式為Al₂O₃＋3H₂O＋2OH^-＝2[Al(OH)₄]^－。
（3）由工藝流程可知，熟料溶解所得的溶液中含有K⁺、Na⁺、SO₄^2-、[Al(OH)₄]^－、OH^-等，加硫酸調pH值，[Al(OH)₄]^－轉化為Al(OH)₃沉淀而析出，母液中離子主要有K⁺、Na⁺、SO₄^2-，因此含有溶質為K₂SO₄、Na₂SO₄。
（4）標準狀況下1.12L二氧化硫的物質的量為1.12L÷22.4L/mol＝0.05mol，n(NaOH)＝0.1L×0.5mol/L＝0.05mol，即n(SO₂): n(NaOH)＝0.05mol:0.05mol=1:1，故反應后溶液中溶質為NaHSO₃。溶液呈酸性，說明HSO₃^-的電離程度大于其水解程度，同時水電離生成氫離子，所以溶液中c(H⁺)＞c(SO₃^2-)。HSO₃^-電離程度不大，故c(HSO₃^-)＞c(H⁺)，溶液c(OH^－)等于水電離生成，濃度很小，因此溶液中離子濃度由大到小的排列順序為c(Na⁺)＞c(HSO₃^-)＞c(H⁺)＞c(SO₃^2-)＞c(OH^－)。
（5）由工藝流程可知，廢渣的主要成分為Fe₂O₃，可以通過檢驗鐵離子來檢驗氧化鐵。即取少量廢渣，加入適量鹽酸溶解，再滴加KSCN溶液，若溶液被紅色，說明廢渣中含有Fe₂O₃。