Question

铵明矾【NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O】是常见的食品添加剂，用于焙烤食品，可通过硫酸铝溶液和硫酸铵溶液反应制备．用芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）制备纯碱和铵明矾的生产工艺流程图如图1：

完成下列填空：

（1）铵明矾溶液呈          性，它可用于净水，原因是                ；向其溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量，可观察到的现象是                   ．

（2）写出过程Ⅰ的化学反应方程式               ．

（3）若省略过程Ⅱ，直接将硫酸铝溶液加入滤液A中，铵明矾的产率会明显降低，原因是            ．

（4）已知铵明矾的溶解度随温度升高明显增大．加入硫酸铝后，经过程III的系列实验得到铵明矾，该系列的操作是加热浓缩、            、过滤洗涤、干燥．

（5）某同学用图2图示的装置探究铵明矾高温分解后气体的组成成份．

①夹住止水夹K₁，打开止水夹K₂，用酒精喷灯充分灼烧．实验过程中，装置A和导管中未见红棕色气体；试管C中的品红溶液褪色；在支口处可检验到NH₃，方法是               ；在装置A与B之间的T型导管中出现白色固体，该白色固体可能是           （任填一种物质的化学式）；另分析得出装置A试管中残留的白色固体是两性氧化物，写出它溶于NaOH溶液的离子方程式                ．

②该同学通过实验证明铵明矾高温分解后气体的组成成份是NH₃、N₂、SO₃、SO₂和H₂O，且相同条件下测得生成N₂和SO₂的体积比是定值，V（N₂）：V（SO₂）=      ．        

Answer

（1）酸性；铵明矾溶液电离出的铝离子水解生成氢氧化铝胶体，有吸附作用，故铵明矾能净水；先产生白色沉淀，后产生有刺激性气味的气体，再加入过量的NaOH溶液，白色沉淀逐渐溶解并消失；

（2）2NH4HCO3+Na2SO4=2NaHCO3↓+（NH4）2SO4 ；

（3）省略过程Ⅱ，因HCO3﹣与Al3+的水解相互促进，产生大量氢氧化铝沉淀，导致铵明矾的产率降低；

（4）冷却结晶；

（5）①打开K1，用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近支口，出现白烟；（NH4）2SO3；Al2O3+2OH﹣=2AlO2﹣+H2O；

②1：3．

【解析】碳酸氢铵溶液中加入硫酸钠，过滤得到滤渣与溶液A，而滤渣焙烧得到碳酸钠与二氧化碳，可知滤渣为NaHCO3，过程I利用溶解度不同发生复分解反应：2NH4HCO3+Na2SO4=2NaHCO3↓+（NH4）2SO4 ，滤液A中含有（NH4）2SO4 及溶解的NH4HCO3，加入硫酸，调节pH使NH4HCO3转化二氧化碳与（NH4）2SO4 ，得到溶液B为（NH4）2SO4 溶液，再加入硫酸铝得铵明矾．

（1）铵明矾溶液中铝离子水解Al3++3H2O⇌Al（OH）3+3H+，破坏水的电离平衡，溶液呈酸性；水解得到氢氧化铝胶体，可以吸附悬浮物质，可以用于净水；向溶液中加入氢氧化钠溶液，首先与溶液中铝离子反应生成氢氧化铝沉淀，再与氨气根离子反应生成氨气，再加入过量的NaOH溶液溶解氢氧化铝，现象为：先产生白色沉淀，后产生有刺激性气味的气体，再加入过量的NaOH溶液，白色沉淀逐渐溶解并消失

（2）过程I利用溶解度不同发生复分解反应，反应方程式为：2NH4HCO3+Na2SO4=2NaHCO3↓+（NH4）2SO4 ，

（3）省略过程Ⅱ，因HCO3﹣与Al3+的水解相互促进，产生大量氢氧化铝沉淀，导致铵明矾的产率降低，

（4）用于铵明矾的溶解度随温度升高明显增大，从溶液中获得晶体，加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥

（5）①检验氨气方法为：打开K1，用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近支口，出现白烟；

装置A和导管中未见红棕色气体，说明没有说出氮的氧化物，试管C中的品红溶液褪色，说明加热分解有SO2生成，氨气与二氧化硫、水蒸汽反应可以生成（NH4）2SO3，白色固体可能是（NH4）2SO3，还可能是氧化生成的（NH4）2SO4等；装置A试管中残留的白色固体是两性氧化物，该物质为氧化铝，与氢氧化钠溶液反应离子方程式为：Al2O3+2OH﹣=2AlO2﹣+H2O，②根据电子转移守恒：2×[0﹣（﹣3）]×n（N2）=n（SO2）×（6﹣4），故n（N2）：n（SO2）=1：3，相同条件下气体体积之比等于其物质的量之比，故V（N2）：V（SO2）=1：3

【点评】本题考查制备实验方案设计、物质组成的测定，明确工艺流程原理是解题关键，综合考查学生分析解决问题的能力，难度中等．