Question

从明矾[KAl(SO₄)₂·12H₂O]制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程如下：

已知：明矾焙烧的化学方程式为：4[KAl(SO₄)₂·12H₂O] + 3S＝2K₂SO₄ + 2Al₂O₃ + 9SO₂↑+ 48H₂O

请回答下列问题：

（1）在焙烧明矾的反应中，氧化产物与还原产物的物质的量之比为：             。

（2）步骤②中，为提高浸出率，可采取的措施有_____________。

A．粉碎固体混合物  B．降低温度      C．不断搅拌 D．缩短浸泡时间

（3）明矾焙烧完全后，从步骤②的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是              。

（4）步骤③电解的化学方程式是                ，电解池的电极是用碳素材料做成，电解过程中，阳极材料需要定期更换，原因是：                             。

（5）以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)₂，则该电池的正极电极反应式是                            。

（6）焙烧a吨明矾（摩尔质量为b g/mol），若SO₂ 的转化率为96%，可生产质量分数为98％的H₂SO₄质量为                    吨(列出计算表达式)。

Answer

（1）1:2

（2）AC

（3）蒸发结晶

（4）2Al2O3 4Al+3O2↑；阳极中碳被氧化成CO2（CO）（用化学方程式表示也可，如：C＋O2 CO2或2C＋O22CO）

（5）NiO(OH)+H2O＋e－＝Ni(OH)2＋OH－

（6）或

【解析】

试题分析：从明矾[KAl（SO4）2•12H2O]制备Al、K2SO4和H2SO4的流程：过程①明矾和硫焙烧，4KAl(SO4)2•12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O，气体二氧化硫与氧气在五氧化二矾作催化剂的作用下生成三氧化硫，三氧化硫用98.3%的浓硫酸吸收，SO3+H2O=H2SO4，制得硫酸；过程②焙烧所得固体混合物，用水浸，为提高浸出率，可采取粉碎固体混合物、不断搅拌，从水浸后的滤液中蒸发结晶得到K2SO4晶体，步骤③电解Al2O3，制得Al。

（1）4KAl（SO4）2•12H2O+3S═2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O反应中，硫单质硫元素化合价0价，升高到SO2中为+4价，被氧化，生成SO2，得到的氧化产物为3份，硫酸根离子中硫元素化合价从+6价变化为SO2中+4价，被还原，生成SO2，得到的还原产物为6份，则氧化产物与还原产物的物质的量之比为1:2，，故答案为：1:2；

（2）由于酸浸时矿石颗粒大小影响浸取率，可以通过粉碎矿石提高浸取率，还可以适当升高温度或者搅拌提高浸取率，故答案为：AC；

（3）从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体运用蒸发结晶的方法得到，需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，故答案为：蒸发结晶；

（4）电解熔融氧化铝，阳极氯离子放电生成氯气，阴极是铝离子放电生成铝，反应的化学方程式为2Al2O34Al+3O2↑，在冶炼过程中，阳极材料碳被氧气氧化成一氧化碳，反应为C+O2CO2或2C+O22CO，所以需定期地进行更换，故答案为：2Al2O3 4Al+3O2↑；阳极中碳被氧化成CO2（CO）；

（5）放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，Ni元素化合价降低，被还原，应为原电池正极反应，电极方程式为NiO（OH）+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-，故答案为：NiO（OH）+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-；

（6）焙烧a吨明矾（摩尔质量为b g/mol），4KAl（SO4）2•12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O，生成SO2物质的量为×，SO2 的转化率为96%，物质的量为××96%，可生产质量分数为98%的H2SO4质量为××96%×= = ，故答案为：或。

考点：考查了物质的分离和提纯、铝及其化合物的性质的相关知识。