Question

明矾石经处理后得到明矾（KAl（SO₄）₂·12H₂O）。由明矾制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的工艺过程如下所示：

焙烧明矾的化学方程式为：4KAl（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，氧化剂和还原剂的物质的量之比为_______。

（2）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的操作方法是_______。

（3）A1₂O₃在一定条件下可制得AIN，AlN的晶体结构与金刚石相似，晶胞结构如图所示。每个晶胞中含有_______个铝原子，若Al与N原子最近距离为apm，则该晶体的密度为_______g/cm³。（阿伏加德罗常数用N_A表示）

（4）SO₂分子的空间构型为_______

（5）焙烧产生的SO₂可用于制硫酸。已知25℃、101kPa时

2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）△H1=一197kJ/mol；

2H₂O（g）＝2H₂O（1）△H₂＝一44kJ/mol；

2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）＝2H₂SO₄（l）△H₃＝一545kJ/mol。

则SO₃（g）与H₂O（l）反应的热化学方程式是_______。

Answer

1:1 蒸发浓缩，冷却结晶 4 V形或角形 SO3（g）＋H2O（l）=H2SO4（l）△H=-152kJ·mol－1

【解析】

(1)根据焙烧明矾方程式，判断出氧化剂和还原剂，即可知道答案；

(2)从溶液中得到固体硫酸钾，可以才用蒸发结晶的方法；

(3)AlN的晶胞中N原子数目为4，Al原子数目为8×+6×=4，顶点白色球与相邻黑色距离为晶胞体对角线的，则晶胞体对角线长为4apm，晶胞棱长为pm，晶胞的体积为（pm）3，1mol晶胞的质量为4×41g，得其密度；

(4) SO2分子中S原子价层电子对数=2+=3，且含有1个孤电子对，根据价电子对互斥理论判断S原子的轨道杂化类型及分子的空间构型；

(5) ①2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）△H1=-197kJ/mol，②2H2O（g）=2H2O（1）△H2=-44kJ/mol，③2SO2（g）+O2（g）+2H2O（g）=2H2SO4（l）△H3=-545kJ/mol，依据盖斯定律③-①-②得到。

(1)4KAl（SO4）2•12H2O+3S═2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O反应硫单质中硫元素化合价升高为+4价。硫酸根离子中硫元素化合价从+6价变化为+4价，故还原剂是硫单质，而氧化剂是6mol的硫酸根离子，即3mol的4KAl（SO4）2•12H2O，氧化剂和还原剂的物质的量之比1：1，故答案为1：1；

(2)从溶液中得到固体硫酸钾，可以才用蒸发结晶的方法，故答案：蒸发浓缩，冷却结晶；

(3)AlN的晶胞中N原子数目为4，Al原子数目为8×+6×=4，顶点白色球与相邻黑色距离为晶胞体对角线的，则晶胞体对角线长为4apm，晶胞棱长为pm，晶胞的体积为（pm）3，1mol晶胞的质量为4×41g，得其密度g/cm3，故答案为：4；；

(4)SO2分子中S原子价层电子对数=2+=3，且含有1个孤电子对，根据价电子对互斥理论判断S原子的轨道杂化类型为sp2，分子的空间构型为V形，故答案为：V形或角形；

(5)①2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）△H1=-197kJ/mol，②2H2O（g）=2H2O（1）△H2=-44kJ/mol，③2SO2（g）+O2（g）+2H2O（g）=2H2SO4（l）△H3=-545kJ/mol，依据盖斯定律③-①-②得到：2SO3（g）+2H2O（l）=2H2SO4（l）△H=-304 kJ/mol，即反应的热化学方程式为：SO3（g）+H2O（l）=H2SO4（l）△H=-152 kJ/mol；故答案为：SO3（g）+H2O（l）=H2SO4（l）△H=-152 kJ/mol。