Question

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

明矾焙烧的化学方程式为：4KAl(SO₄)₂·12H₂O+3S2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O

请回答下列问题：

（1）在焙烧明矾的反应中，氧化剂是_________________。

（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）从水浸后的滤液中得到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

KAl(SO4)2·12H2O AC 蒸发结晶 阳极中碳被氧化成CO2（CO） NiO(OH)+H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－ 或

【解析】

（1）反应4KAl(SO4)2·12H2O+3S2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O中，明矾中部分S元素的化合价由+6价降为+4价，S单质中S的化合价由0价升至+4价，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，答案选AC。

（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，从硫酸钾溶液中获得K2SO4晶体的方法是：蒸发结晶。

（4）电解熔融氧化铝制备铝单质，反应方程式为；在电解过程中阴极得到单质铝，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，单质Al做负极，NiO(OH)为正极，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得正极的电极反应式为NiO(OH)+H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－。

（6）n[KAl(SO4)2·12H2O]=mol，根据方程式4KAl(SO4)2·12H2O+3S2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O，明矾煅烧生成的n（SO2）= n[KAl(SO4)2·12H2O]=×mol，根据S守恒，生成的硫酸物质的量n（H2SO4）=×mol×96%，则生产质量分数为98%的H2SO4的质量×mol×96%÷98%×98g/mol=g=吨。