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）

阳极中碳被氧化成CO2（CO）（5）NiO(OH)+H2O＋e－＝Ni(OH)2＋OH－

（6）或

【解析】

试题分析：（1）明矾的焙烧已经给出了方程式，因此本题主要是考查氧化还原反应的特征。该方程式中发生化合价变化的只有S元素，明矾中的S元素一部分发生化合价降低，而S单质的化合价升高，因此反应中的氧化剂是明矾（KAl(SO4)2·12H2O），还原剂是单质S。

（2）步骤②是水浸明矾焙烧后的固体混合物，因此要提高浸出率，往往需要增大接触面积、充分溶解；因此粉碎固体混合物、不断搅拌都是可行的。

（3）焙烧后的固体混合物是K2SO4和Al2O3，水浸后的溶液则是易溶于水的K2SO4溶液，所以要从单一组分的溶液中得到改溶质，可以直接蒸发结晶。

（4）氧化铝电解制备铝单质，该反应方程式为；在电解反应中阴极还原得到单质铝，阳极得到O2，由于阳极电极材料是C单质，所以在高温环境下，碳素材料会被氧气氧化为CO或CO2，从而导致阳极碳素电极受损，要定期更换。

（5）以Al和NiO(OH)为电极构成的碱性电池，首先判断出单质Al做负极，NiO(OH)为正极；因此放电时正极得到电子被还原，从Ni的化合价变化可以得出得失电子数目，所以充分运用电荷守恒、原子守恒，再结合反应环境可以的该正极的反应式为NiO(OH)+H2O＋e－＝Ni(OH)2＋OH－。

（6）计算思路：计算明矾物质的量，根据方程式计算SO2的总物质的量，根据S原子守恒H2SO4溶质的物质的量等于96%的SO2，把溶质H2SO4的物质的量转化为质量，再用溶质H2SO4的质量除以质量分数求得H2SO4溶液的总质量。计算列式为。

考点：考查 单质铝，铝盐（铝离子），氢氧化铝等相关知识。