Question

【化学——选修2：化学与技术】

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+5NaOHNH3↑+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）氧化步骤中亚铁离子被双氧水氧化成铁离子，根据化合价升降法结合原子守恒、电荷守恒配平，该反应的离子方程式是：2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O。

（2）KW=c(H＋)c(OH－)=1.0×10-14，Kb(NH3·H2O)=c(NH4＋ ) c(OH－)/ c(NH3·H2O) =1.75×10-5。反应NH4++H2ONH3·H2O+H+的平衡常数为：Kh= c(H＋) c(NH3·H2O)/ c(NH4＋ )= KW/ Kb(NH3·H2O)= 5.7×10-10。

（3）NH4Al(SO4)2溶液与过量NaOH溶液混合加热生成氨气、水、偏铝酸钠和硫酸钠，反应的化学方程式为NH4Al(SO4)2+5NaOHNH3↑+3H2O+NaAlO2+ 2Na2SO4。

（4）假设有1mol硫酸铝铵晶体（摩尔质量是453g/mol，质量是453g）受热分解，首先失去结晶水生成NH4Al(SO4)2，结晶水完全失去时，剩余固体与原始固体的质量百分比是：(237÷453)×100%≈52.32%；当温度继续升高，硫酸铝铵中的硫酸铵开始分解生成氨气和三氧化硫，硫酸铵完全分解时，剩余物为硫酸铝，剩余固体与原始固体的质量百分比是：171/453×100%≈37.75%；故B点剩余固体是Al2(SO4)3。

（5）综上分析，流程图中M的主要成分的化学式为NH3、H2O、SO3 ；可以用浓硫酸吸收生成硫酸铵重复使用。

考点：考查化学工艺流程分析，涉及离子方程式、化学方程式的书写，平衡常数和热重曲线分析计算。