Question

【題目】明礬石的主要成分是K2SO4·Al2(SO4)3·2Al2O3·6H2O，含有少量氧化鐵，利用明礬石制備K2SO4的工藝流程如圖所示：

據此流程圖回答下列問題：

(1)①焙燒爐中Al2(SO4)3與S反應的產物是兩種氧化物，該反應的化學方程式為______；寫出爐氣的一種用途________。

(2)②中Al2O3參與反應的離子方程式為__________。

(3)③中調節pH不能用CO2的理由是____________________。

(4)工業冶煉金屬鋁需要定期更換補充陽極碳塊的原因是__________________。

(5)純凈氫氧化鋁經歷兩次__________________(填反應類型)可制得鋁。以Al和NiO(OH)為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO(OH)轉化為Ni(OH)2，該電池負極的電極反應式是__________________。

(6)現有明礬石1 625 t，按上述流程制得780 t Al(OH)3，忽略鋁元素的損失，請計算明礬石中鉀元素的質量分數為____________%。

Answer 1

【答案】2Al2(SO4)3＋3S2Al2O3＋9SO2↑ 用于工業制硫酸 Al2O3＋2OH－===2＋H2O ③中調節pH不能用CO2，因為偏鋁酸鉀與二氧化碳反應會生成碳酸鉀，使制備的K2SO4中有雜質 陽極會產生氧氣，陽極的碳塊在高溫時會與氧氣反應 分解反應 Al－3e－＋4OH－===＋2H2O 8

【解析】

根據題中工業流程可知，明礬石與硫在加熱的條件下生成二氧化硫和氧化鋁，所以爐氣中主要有二氧化硫，熟料中主要是氧化鋁，氧化鋁溶解在氫氧化鉀溶液中，得到偏鋁酸鉀溶液，用稀硫酸調節PH值，可得氫氧化鋁沉淀和硫酸鉀溶液，從硫酸鉀溶液中可得硫酸鉀晶體，據此答題。

(1)①焙燒爐中Al2(SO4)3與S反應的產物是兩種氧化物，反應的化學方程式為2Al2(SO4)3+3S 2Al2O3+9SO2，爐氣的主要成份是二氧化硫，其一種用途為用于工業制硫酸，故答案為：2Al2(SO4)3+3S 2Al2O3+9SO2；用于工業制硫酸；
(2)反應②為Al2O3與氫氧化鉀的反應，反應的離子方程式為Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O，故答案為：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O；
(3)③中調節pH不能用CO2，因為偏鋁酸鉀與二氧化碳反應會生成碳酸鉀，使制備的K2SO4中有雜質，故答案為：偏鋁酸鉀與二氧化碳反應會生成碳酸鉀，使制備的K2SO4中有雜質；
(4)工業冶煉金屬鋁是用電解熔融的氧化鋁的方法，陽極會產生氧氣，陽極的碳塊在高溫時會與氧氣反應，所以要定期更換補充陽極碳塊，
故答案為：陽極會產生氧氣，陽極的碳塊在高溫時會與氧氣反應；
(5)純凈氫氧化鋁經過受熱分解，再電解可制得鋁，涉及的反應類型都是分解反應，以Al和NiO(OH)為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO(OH)轉化為Ni(OH)2，充當電池的正極，鋁發生氧化反應充當電池的負極，所以電池負極的電極反應式是Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O，故答案為：分解反應；Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O；
(6)現有明礬石1625t，按上述流程制得780tAl(OH)3，根據明礬石的化學式K2SO4Al2(SO4)32Al2O36H2O可知，明礬石中鋁元素與鉀元素的物質的量之比為3：1，780tAl(OH)3中鋁元素的物質的量為×106mol=1×107mol，所以鉀元素的物質的量為×107mol，根據元素守恒可知，明礬石中鉀元素的質量分數為 =0.08=8%，故答案為：8。