Question

從明礬[KAl(SO₄)₂·12H₂O]制備Al、K₂SO₄和H₂SO₄的流程如下：

明礬焙燒的化學方程式為：4KAl(SO₄)₂·12H₂O+3S＝2K₂SO₄ +2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O
請回答下列問題：
（1）在焙燒明礬的反應中，氧化劑是                 。
（2）步驟②中，為提高浸出率，可采取的措施有             。

A．粉碎固體混合物

B．降低溫度

C．不斷攪拌

D．縮短浸泡時間

（3）從水浸后的濾液中得到K₂SO₄晶體的方法是          。
（4）步驟③電解的化學方程式是               ，電解池的電極是用碳素材料做成，電解過程中，陽極材料需要定期更換，原因是：         。
（5）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，則該電池的正極電極反應式是                                      。
（6）焙燒a噸明礬（摩爾質量為b g/mol），若SO₂的轉化率為96%，可生產質量分數為98％的H₂SO₄質量為                      噸(列出計算表達式)。

Answer 1

（1）KAl(SO₄)₂·12H₂O（2分）
（2） AC （2分，多選、錯選0分）
（3）蒸發結晶（2分，“蒸發濃縮、冷卻結晶”給1分）
（4）（2分）
陽極中碳被氧化成CO₂（CO）  （2分，用化學方程式表示也可，如：
C＋O₂CO₂或2C＋O₂2CO   ，條件用加熱或970℃也可）
（5）NiO(OH)+H₂O＋e^－＝Ni(OH)₂＋OH^－（2分）
（6）或（3分，不帶單位不扣分，化簡也可以）

試題分析：（1）明礬的焙燒已經給出了方程式，因此本題主要是考查氧化還原反應的特征。該方程式中發生化合價變化的只有S元素，明礬中的S元素一部分發生化合價降低，而S單質的化合價升高，因此反應中的氧化劑是明礬（KAl(SO₄)₂·12H₂O），還原劑是單質S。
（2）步驟②是水浸明礬焙燒后的固體混合物，因此要提高浸出率，往往需要增大接觸面積、充分溶解；因此粉碎固體混合物、不斷攪拌都是可行的。
（3）焙燒后的固體混合物是K₂SO₄和Al₂O₃，水浸后的溶液則是易溶于水的K₂SO₄溶液，所以要從單一組分的溶液中得到改溶質，可以直接蒸發結晶。
（4）氧化鋁電解制備鋁單質，該反應方程式為；在電解反應中陰極還原得到單質鋁，陽極得到O2，由于陽極電極材料是C單質，所以在高溫環境下，碳素材料會被氧氣氧化為CO或CO2，從而導致陽極碳素電極受損，要定期更換。
（5）以Al和NiO(OH)為電極構成的堿性電池，首先判斷出單質Al做負極，NiO(OH)為正極；因此放電時正極得到電子被還原，從Ni的化合價變化可以得出得失電子數目，所以充分運用電荷守恒、原子守恒，再結合反應環境可以的該正極的反應式為NiO(OH)+H₂O＋e^－＝Ni(OH)₂＋OH^－。
（6）計算思路：計算明礬物質的量，根據方程式計算SO2的總物質的量，根據S原子守恒H2SO4溶質的物質的量等于96%的SO2，把溶質H2SO4的物質的量轉化為質量，再用溶質H2SO4的質量除以質量分數求得H2SO4溶液的總質量。計算列式為。