Question

某研究性学习小组用不纯的氧化铝（杂质为Fe₂O₃）为原料，设计了冶炼铝的以下工艺流程（部分反应产物没有标出）：

（1）试剂X的化学式为______，反应Ⅰ的离子方程式是______．实验室配置480mL 1mol•L^-1 X的溶液必须用到玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、试剂瓶、胶头滴管外，还有______．常用来可以标定所配X的溶液浓度是否准确的实验名称是______．
（2）按照方案设计，试剂Z的作用是调节溶液的pH，以生成沉淀b[Fe（OH）₃]．从试剂工业的角度，你认为方案______更合理，理由是______．
（3）已知N为氨气，实验室中还可以用下图装置制取氨气并进行氨气喷泉实验．

①仪器A的名称是______，装置中A口部和B口部之间联通导气管的作用是______．
②若用此装置制备N气，若A中盛有浓氨水，则B装置中的固体试剂不可以选用下列的______（填字母序号）．
a．生石灰    b．烧碱      c．胆矾     d．碱石灰
（4）室温下，在a mol•L^-1的（NH₄）₂SO₄水溶液中pH=5，存在着平衡NH₄⁺+H₂O⇌NH₃•H₂O+H⁺，则该平衡常数的表达式为______（用含代数a的较为精确地数字表达式表示，不必化简，不做近似运算）．

Answer

（1）方案一：由溶液a通入过量的M生成氢氧化铝沉淀、碳酸氢钠可知，溶液a中含有偏铝酸根、气体M为二氧化碳，故试剂X为氢氧化钠溶液，反应I为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与水；
实验室没有480mL容量瓶，应选择500mL容量瓶，配制500mL1mol•L-1 NaOH的溶液需要玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、试剂瓶、胶头滴管、500mL容量瓶；
可以利用中和滴定方法以标定所配NaOH溶液浓度是否准确；
（2）方案二：由溶液c通入过量的N生成氢氧化铝沉淀、硫酸铵可知，溶液c中含有铝离子、N为氨气，故试剂Y为硫酸，溶液b中含有硫酸铝、硫酸铁，调节PH值，是铁离子转化为氢氧化铁，过滤后，再向滤液中加入过量的氨水沉淀铝离子，
与方案一相比较，方案一步骤少，操作简单；
（3）①、仪器A是分液漏斗，装置中A口部和B口部之间联通导气管的作用是：平衡内外压强，防止分液漏斗堵塞；
②、A中盛有浓氨水，存在平衡NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-，则B装置中的固体试剂为可溶性碱或能与水反应的碱性氧化物；
（4）根据Kw计算溶液中c（OH-），根据电荷守恒计算溶液中c（NH4+），根据物料守恒计算溶液中c（NH3•H2O），代入平衡常数表达式计算．
【解析】
（1）方案一：由溶液a通入过量的M生成氢氧化铝沉淀、碳酸氢钠可知，溶液a中含有偏铝酸根、气体M为二氧化碳，故试剂X为NaOH溶液，反应I为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与水，离子方程式为：Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O，
实验室没有480mL容量瓶，应选择500mL容量瓶，配制500mL1mol•L-1 NaOH的溶液需要玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、试剂瓶、胶头滴管、500mL容量瓶，故缺少500mL容量瓶，
可以利用中和滴定方法以标定所配NaOH溶液浓度是否准确；
故答案为：NaOH；Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O；500mL容量瓶；中和滴定；
（2）方案二：由溶液c通入过量的N生成氢氧化铝沉淀、硫酸铵可知，溶液c中含有铝离子、N为氨气，故试剂Y为硫酸，溶液b中含有硫酸铝、硫酸铁，调节PH值，是铁离子转化为氢氧化铁，过滤后，再向滤液中加入过量的氨水沉淀铝离子，
与方案一相比较，方案一步骤少，操作简单，故方案一更合理，
故答案为：方案一；步骤少，操作简单；
（3）①、仪器A是分液漏斗，装置中A口部和B口部之间联通导气管的作用是：平衡分液漏斗内外压强，防止分液漏斗堵塞，
故答案为：分液漏斗；平衡内外压强，防止分液漏斗堵塞；
②、A中盛有浓氨水，与生石灰、烧碱、碱石灰混合，放出大量的热，溶液中氢氧根离子浓度增大，利用氨气逸出，产生大量的氨气，氨水与胆矾反应生成氢氧化铜沉淀，不能产生氨气，故c不能可以，
故答案为：c；
（4）室温下，在a mol•L-1的（NH4）2SO4水溶液中pH=5，溶液中c（H+）=10-5mol/L，故溶液中c（OH-）=10-9mol/L，根据电荷守恒有：c（NH4+）+c（H+）=c（OH-）+2c（SO42-），即c（NH4+）+10-5mol/L=10-9mol/L+2amol/L，则c（NH4+）=（2a+10-9-10-5）mol/L，根据物料守恒计算溶液中c（NH3•H2O）=2amol/L-（2a+10-9-10-5）mol/L=（10-5-10-9）mol/L，故NH4++H2O⇌NH3•H2O+H+的平衡常数的表达式为，
故答案为：．