Question

5．銨明礬【NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O】是常見(jiàn)的食品添加劑，用于焙烤食品，可通過(guò)硫酸鋁溶液和硫酸銨溶液反應(yīng)制備．用芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）制備純堿和銨明礬的生產(chǎn)工藝流程圖如圖1：
 
 完成下列填空：
（1）銨明礬溶液呈酸性，它可用于凈水，原因是銨明礬溶液電離出的鋁離子水解生成氫氧化鋁膠體，有吸附作用，故銨明礬能凈水；向其溶液中逐滴加入NaOH溶液至過(guò)量，可觀察到的現(xiàn)象是先產(chǎn)生白色沉淀，后產(chǎn)生有刺激性氣味的氣體，再加入過(guò)量的NaOH溶液，白色沉淀逐漸溶解并消失．
（2）寫(xiě)出過(guò)程Ⅰ的化學(xué)反應(yīng)方程式2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ．
（3）若省略過(guò)程Ⅱ，直接將硫酸鋁溶液加入濾液A中，銨明礬的產(chǎn)率會(huì)明顯降低，原因是省略過(guò)程Ⅱ，因HCO₃^-與Al³⁺的水解相互促進(jìn)，產(chǎn)生大量氫氧化鋁沉淀，導(dǎo)致銨明礬的產(chǎn)率降低．
（4）已知銨明礬的溶解度隨溫度升高明顯增大．加入硫酸鋁后，經(jīng)過(guò)程III的系列實(shí)驗(yàn)得到銨明礬，該系列的操作是加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌、干燥．
（5）某同學(xué)用圖2圖示的裝置探究銨明礬高溫分解后氣體的組成成份．
①夾住止水夾K₁，打開(kāi)止水夾K₂，用酒精噴燈充分灼燒．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，裝置A和導(dǎo)管中未見(jiàn)紅棕色氣體；試管C中的品紅溶液褪色；在支口處可檢驗(yàn)到NH₃，方法是打開(kāi)K₁，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近支口，出現(xiàn)白煙；在裝置A與B之間的T型導(dǎo)管中出現(xiàn)白色固體，該白色固體可能是（NH₄）₂SO₃（任填一種物質(zhì)的化學(xué)式）；另分析得出裝置A試管中殘留的白色固體是兩性氧化物，寫(xiě)出它溶于NaOH溶液的離子方程式Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
②該同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明銨明礬高溫分解后氣體的組成成份是NH₃、N₂、SO₃、SO₂和H₂O，且相同條件下測(cè)得生成N₂和SO₂的體積比是定值，V（N₂）：V（SO₂）=1：3．

Answer 1

分析 碳酸氫銨溶液中加入硫酸鈉，過(guò)濾得到濾渣與溶液A，而濾渣焙燒得到碳酸鈉與二氧化碳，可知濾渣為NaHCO₃，過(guò)程I利用溶解度不同發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，濾液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，調(diào)節(jié)pH使NH₄HCO₃轉(zhuǎn)化二氧化碳與（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B為（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸鋁得銨明礬．
（1）銨明礬溶液中鋁離子水解，溶液呈酸性，得到氫氧化鋁膠體，可以用于凈水；向溶液中加入氫氧化鈉溶液，首先與溶液中鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，再與氨氣根離子反應(yīng)生成氨氣，再加入過(guò)量的NaOH溶液溶解氫氧化鋁；
（2）過(guò)程I利用溶解度不同發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)；
（3）HCO₃^-與Al³⁺的水解相互促進(jìn)，產(chǎn)生大量氫氧化鋁沉淀；
（4）銨明礬的溶解度隨溫度升高明顯增大，從溶液中獲得晶體，加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌、干燥；
（5）①夾住止水夾K₁，打開(kāi)止水夾K₂，用酒精噴燈充分灼燒．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，裝置A和導(dǎo)管中未見(jiàn)紅棕色氣體，說(shuō)明沒(méi)有說(shuō)出氮的氧化物；試管C中的品紅溶液褪色，生成了二氧化硫，在支口處可檢驗(yàn)到NH₃要注意排除二氧化硫的干擾，操作是打開(kāi)K₁，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近支口，會(huì)出現(xiàn)白煙；生成了二氧化硫，T型導(dǎo)管中出現(xiàn)白色固體可能是（NH₄）₂SO₃，還可能是氧化生成的（NH₄）₂SO₄等；殘留的兩性氧化物為氧化鋁，溶于NaOH溶液生成偏鋁酸鈉；
②根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒確定n（N₂）：n（SO₂），相同條件下氣體體積之比等于其物質(zhì)的量之比．

解答 解：碳酸氫銨溶液中加入硫酸鈉，過(guò)濾得到濾渣與溶液A，而濾渣焙燒得到碳酸鈉與二氧化碳，可知濾渣為NaHCO₃，過(guò)程I利用溶解度不同發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，濾液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，調(diào)節(jié)pH使NH₄HCO₃轉(zhuǎn)化二氧化碳與（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B為（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸鋁得銨明礬．
（1）銨明礬溶液中鋁離子水解：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，破壞水的電離平衡，溶液呈酸性；水解得到氫氧化鋁膠體，可以吸附懸浮物質(zhì)，可以用于凈水；向溶液中加入氫氧化鈉溶液，首先與溶液中鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，再與氨氣根離子反應(yīng)生成氨氣，再加入過(guò)量的NaOH溶液溶解氫氧化鋁，現(xiàn)象為：先產(chǎn)生白色沉淀，后產(chǎn)生有刺激性氣味的氣體，再加入過(guò)量的NaOH溶液，白色沉淀逐漸溶解并消失，
故答案為：酸性；銨明礬溶液電離出的鋁離子水解生成氫氧化鋁膠體，有吸附作用，故銨明礬能凈水；先產(chǎn)生白色沉淀，后產(chǎn)生有刺激性氣味的氣體，再加入過(guò)量的NaOH溶液，白色沉淀逐漸溶解并消失；
（2）過(guò)程I利用溶解度不同發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，
故答案為：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ；
（3）省略過(guò)程Ⅱ，因HCO₃^-與Al³⁺的水解相互促進(jìn)，產(chǎn)生大量氫氧化鋁沉淀，導(dǎo)致銨明礬的產(chǎn)率降低，
故答案為：省略過(guò)程Ⅱ，因HCO₃^-與Al³⁺的水解相互促進(jìn)，產(chǎn)生大量氫氧化鋁沉淀，導(dǎo)致銨明礬的產(chǎn)率降低；
（4）用于銨明礬的溶解度隨溫度升高明顯增大，從溶液中獲得晶體，加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌、干燥，
故答案為：冷卻結(jié)晶；
（5）①檢驗(yàn)氨氣方法為：打開(kāi)K₁，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近支口，出現(xiàn)白煙；
裝置A和導(dǎo)管中未見(jiàn)紅棕色氣體，說(shuō)明沒(méi)有說(shuō)出氮的氧化物，試管C中的品紅溶液褪色，說(shuō)明加熱分解有SO₂生成，氨氣與二氧化硫、水蒸汽反應(yīng)可以生成（NH₄）₂SO₃，白色固體可能是（NH₄）₂SO₃，還可能是氧化生成的（NH₄）₂SO₄等；
裝置A試管中殘留的白色固體是兩性氧化物，該物質(zhì)為氧化鋁，與氫氧化鈉溶液反應(yīng)離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：打開(kāi)K₁，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近支口，出現(xiàn)白煙；（NH₄）₂SO₃；Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
②根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒：2×[0-（-3）]×n（N₂）=n（SO₂）×（6-4），故n（N₂）：n（SO₂）=1：3，相同條件下氣體體積之比等于其物質(zhì)的量之比，故V（N₂）：V（SO₂）=1：3，
故答案為：1：3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、物質(zhì)組成的測(cè)定，明確工藝流程原理是解題關(guān)鍵，綜合考查學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力，難度中等．