Question

14．為保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源，某研究性學(xué)習(xí)小組探究用易拽罐制取明礬[KAl（SO₄）₂•12H₂O]．
查閱資料得知：朗礬溶于水，不溶于乙醇：易拉罐主要成分為鋁，另含有鎂、鐵等．
實(shí)驗(yàn)步驟如下：
步驟1、將易拉罐剪開(kāi)，裁成鋁片．用砂紙磨去表面的油漆，顏料及透明塑膠內(nèi)襯：
步驟2、制備N(xiāo)aAlO₂
稱量1g上述處理過(guò)的鋁片，切碎，分?jǐn)?shù)次放入盛有40mL5% NaOH溶液的燒杯中：將燒杯置于熱水浴中加熱．反應(yīng)完畢后，溶液呈灰黑色渾濁，趁熱過(guò)濾．
步驟3、氫氧化鋁的生成和洗滌
在所得濾液中滴加3mol•L^-1H₂SO₄溶液，用pH試紙檢驗(yàn)，調(diào)節(jié)pH至8～9為止：此時(shí)溶液中生成大量的白色氫氧化鋁沉淀，過(guò)濾，并用熱蒸餾水多次洗滌沉淀
步驟4、明礬的制備
將過(guò)濾后所得氫氧化鋁沉淀轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，加10mL 9mol/L H₂SO₄，再加15mL水，小火加熱使其溶解，加入4g硫酸鉀繼續(xù)加熱至溶解，將所得溶液在空氣中自然冷卻，待結(jié)晶完全后，過(guò)濾，用無(wú)水酒精洗滌晶體兩次；將晶體用濾紙吸干，制得明礬．
回答以下問(wèn)題：
（1）步驟2中鋁片溶于燒堿的反應(yīng)建議在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，用熱水浴加熱，避免明火，原因是反應(yīng)中生成的氫氣遇到明火易爆炸；過(guò)濾后，濾渣的主要成分是鎂、鐵等．
（2）步驟3中，若調(diào)節(jié)pH過(guò)低，導(dǎo)致的結(jié)果是部分氫氧化鋁溶解；洗滌氫氧化鋁沉淀的方法是用布氏漏斗抽濾，并用熱水洗滌沉淀．
（3）步驟4中用到的主要儀器是：鐵架臺(tái)（帶鐵圈），蒸發(fā)皿、量筒、漏斗、燒杯、酒精燈和玻璃棒；加入硫酸鉀后制取明礬的化學(xué)反應(yīng)方程式是Al₂（SO₄）₃+K₂SO₄+24H₂O=2KAl（SO₄）₂•12H₂O．
（4）不用水而用無(wú)水酒精洗滌明礬晶體的原因是明礬易溶于水、不溶于無(wú)水酒精．
（5）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證明礬晶體中含有SO^2-₄離子的方法是取少量明礬溶于水，先加入鹽酸，無(wú)現(xiàn)象，再加入氯化鋇溶液生成白色沉淀．
（6）該實(shí)驗(yàn)制得明礬15.8g，則稱取的1g鋁片中鋁元素含量不低于90%．

Answer 1

分析 （1）鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，生成的氫氣為可燃?xì)怏w，遇到明火易發(fā)生爆炸；根據(jù)“易拉罐主要成分為鋁，另含有鎂、鐵等”分析濾渣的主要成分；
（2）若溶液pH過(guò)低，氫氧化鋁會(huì)與氫離子反應(yīng)生成鋁離子；將氫氧化鋁沉淀放入過(guò)濾裝置中反復(fù)用水沖洗；
（3）溶解氫氧化鋁和硫酸鉀固體的過(guò)程中需要用玻璃棒攪拌；硫酸鋁、硫酸鉀和水反應(yīng)生成KAl（SO₄）₂•12H₂O，據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)的方程式；
（4）明礬能夠溶于水，不溶于無(wú)水酒精，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（5）檢驗(yàn)SO₄^2-，可先加入鹽酸，無(wú)現(xiàn)象，再加入氯化鋇溶液觀察是否有沉淀生成；
（6）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算出明礬的物質(zhì)的量，再根據(jù)質(zhì)量守恒定律計(jì)算出需要鋁的質(zhì)量，最后計(jì)算出鋁片中鋁元素的最低百分含量．

解答 解：（1）驟2中鋁片溶于燒堿的反應(yīng)建議在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，用熱水浴加熱，避免明火，原因是鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成可燃性氣體氫氣，若用滅火容易發(fā)生爆炸現(xiàn)象；
易拉罐主要成分為鋁，另含有鎂、鐵等，鎂、鐵等雜志不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，所以濾渣的主要成分為鎂、鐵等，
故答案為：反應(yīng)中生成的氫氣遇到明火易爆炸；鎂、鐵等；
（2）氫氧化鋁為兩性氫氧化物，步驟3中若調(diào)節(jié)pH過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致部分氫氧化鋁溶解；洗滌氫氧化鋁沉淀的方法是：用布氏漏斗抽濾，并用熱水洗滌沉淀，
故答案為：部分氫氧化鋁溶解；用布氏漏斗抽濾，并用熱水洗滌沉淀；
（3）過(guò)濾后所得氫氧化鋁沉淀轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，加10mL 9mol/L H₂SO₄，再加15mL水，小火加熱使其溶解，加入4g硫酸鉀繼續(xù)加熱至溶解，在溶解的過(guò)程中都需要使用玻璃棒，所以還缺少的儀器為玻璃棒；加入硫酸鉀后制取明礬的化學(xué)反應(yīng)方程式為：Al₂（SO₄）₃+K₂SO₄+24H₂O=2KAl（SO₄）₂•12H₂O，
故答案為：Al₂（SO₄）₃+K₂SO₄+24H₂O=2KAl（SO₄）₂•12H₂O；
（4）由于明礬溶于水、不溶于無(wú)水酒精，所以用無(wú)水酒精洗滌明礬晶體而不能使用水洗滌；
故答案為：明礬易溶于水、不溶于無(wú)水酒精；
（5）檢驗(yàn)SO₄^2-的方法為：取少量明礬溶于水，先加入鹽酸，無(wú)現(xiàn)象，再加入氯化鋇溶液生成白色沉淀，證明明礬中存在硫酸根離子，
故答案為：取少量明礬溶于水，先加入鹽酸，無(wú)現(xiàn)象，再加入氯化鋇溶液生成白色沉淀，證明明礬中存在硫酸根離子；
（6）該實(shí)驗(yàn)制得明礬15.8g，明礬的物質(zhì)的量為：$\frac{15.8g}{474g/mol}$=$\frac{1}{30}$mol，根據(jù)質(zhì)量守恒，制備15.8g明礬需要金屬鋁的質(zhì)量為：27g/mol×$\frac{1}{30}$mol=0.9g，
由于制備過(guò)程中會(huì)有損失的鋁元素，則稱取的1g鋁片中鋁元素含量不低于：$\frac{0.9g}{1g}$×100%=90%，
故答案為：90．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法及其綜合應(yīng)用，題目難度中等，明確制備原理為解答根據(jù)，注意掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>