Question

工业上以Al(OH)₃、H₂SO₄、(NH₄)₂SO₄(含FeSO₄)为原料制备透明氧化铝陶瓷的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）氧化步骤中发生的主要反应的离子方程式为               。

（2）已知：25℃时，K_W=1.0×10^-14，K_b(NH₃·H₂O)=1.75×10^-5。在(NH₄)₂SO₄溶液中，存在如下平衡：

NH₄⁺+H₂ONH₃·H₂O+H⁺，则该反应的平衡常数为                。

（3）NH₄Al(SO₄)₂溶液与过量NaOH溶液混合加热，反应的化学方程式为          。

（4）固体NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O在加热时，固体残留率随温度的变化如图所示。633℃时剩余固体的成分为                           。

（5）综上分析，流程图中M混合气体的主要成分的化学式为       。M可用一种物质吸收以实现循环利用，该物质的名称是        。

Answer

（1）2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O（2分） ;

（2）5.7×10-10（3分）

（3）NH4Al(SO4)2+5NaOH2NH3↑+3H2O+NaAlO2+2Na2SO4（3分）

（4）Al2(SO4)3（3分）

（5）NH3、SO3、H2O（2分）； 浓硫酸（2分）。

【解析】

试题分析：（1）在工业(NH4)2SO4中含FeSO4，加水溶解得到(NH4)2SO4和FeSO4的混合溶液，然后向其中加入H2O2，溶液中的Fe2+被H2O2氧化为Fe3+，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得反应的离子方程式：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；（2）已知：25℃时，KW=1.0×10-14，Kb(NH3·H2O)=1.75×10-5。在(NH4)2SO4溶液中，存在如下平衡：NH4++H2ONH3·H2O+H+，则该反应的平衡常数为5.7×10-10；（3）Al(OH)3是两性氢氧化物，可以与过量的强碱NaOH发生反应产生NaAlO2，所以NH4Al(SO4)2溶液与过量NaOH溶液混合加热，反应的化学方程式为:NH4Al(SO4)2+5NaOH2NH3↑+3H2O+NaAlO2+2Na2SO4；（4）固体NH4Al(SO4)2·12H2O在加热时，若只失去结晶水，则剩余固体质量分数是：NH4Al(SO4)2÷ NH4Al(SO4)2·12H2O =237÷453=0.5232，在633℃时固体残留率是0.3775，说明NH4Al(SO4)2又发生了分解反应，若只剩Al2(SO4)3，则固体残留率是Al2(SO4)3÷ 2[NH4Al(SO4)2·12H2O] =342÷906 =0.3775，因此可以证明在该温度下得到的固体是Al2(SO4)3，则NH4Al(SO4)2·12H2O若加热分解产生Al2O3，则说明Al2(SO4)3也已经发生分解反应产生Al2O3和SO3，所以M气体的成分是NH3、SO3、H2O；SO3溶于H2O产生硫酸，硫酸与氨气反应产生（NH4)2SO4，因此要实现物质的循环利用，为了防止酸雾的形成，可以用浓硫酸吸收反应产生的气体M。

【考点定位】考查制备透明氧化铝陶瓷的工艺流程的知识。

【名师点睛】在物质制备时涉及元素及化合物的知识、混合物的分离、杂质的除去、氧化还原反应、离子方程式的书写、物质的稳定性、分解产物与反应温度的关系、物质的循环利用等知识。反应温度不同，物质分解产物不同，因此在制备物质时，为了提高原料的利用率、提高反应速率，一定要严控反应温度。同时掌握物质的化学性质和离子方程式的书写原则、常用的分类混合物的方法与物质的性质的关系，做到灵活运用。