(2013•济南一模)某研究性学习小组用不纯的氧化铝(杂质为Fe2O3)为原料,设计了冶炼铝的以下工艺流程(部分反应产物

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  • 解题思路:(1)方案一:由溶液a通入过量的M生成氢氧化铝沉淀、碳酸氢钠可知,溶液a中含有偏铝酸根、气体M为二氧化碳,故试剂X为氢氧化钠溶液,反应I为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与水;

    实验室没有480mL容量瓶,应选择500mL容量瓶,配制500mL1mol•L-1NaOH的溶液需要玻璃仪器有:烧杯、玻璃棒、试剂瓶、胶头滴管、500mL容量瓶;

    可以利用中和滴定方法以标定所配NaOH溶液浓度是否准确;

    (2)方案二:由溶液c通入过量的N生成氢氧化铝沉淀、硫酸铵可知,溶液c中含有铝离子、N为氨气,故试剂Y为硫酸,溶液b中含有硫酸铝、硫酸铁,调节PH值,是铁离子转化为氢氧化铁,过滤后,再向滤液中加入过量的氨水沉淀铝离子,

    与方案一相比较,方案一步骤少,操作简单;

    (3)①、仪器A是分液漏斗,装置中A口部和B口部之间联通导气管的作用是:平衡内外压强,防止分液漏斗堵塞;

    ②、A中盛有浓氨水,存在平衡NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-,则B装置中的固体试剂为可溶性碱或能与水反应的碱性氧化物;

    (4)根据Kw计算溶液中c(OH-),根据电荷守恒计算溶液中c(NH4+),根据物料守恒计算溶液中c(NH3•H2O),代入平衡常数表达式计算.

    (1)方案一:由溶液a通入过量的M生成氢氧化铝沉淀、碳酸氢钠可知,溶液a中含有偏铝酸根、气体M为二氧化碳,故试剂X为NaOH溶液,反应I为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与水,离子方程式为:Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O,

    实验室没有480mL容量瓶,应选择500mL容量瓶,配制500mL1mol•L-1NaOH的溶液需要玻璃仪器有:烧杯、玻璃棒、试剂瓶、胶头滴管、500mL容量瓶,故缺少500mL容量瓶,

    可以利用中和滴定方法以标定所配NaOH溶液浓度是否准确;

    故答案为:NaOH;Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O;500mL容量瓶;中和滴定;

    (2)方案二:由溶液c通入过量的N生成氢氧化铝沉淀、硫酸铵可知,溶液c中含有铝离子、N为氨气,故试剂Y为硫酸,溶液b中含有硫酸铝、硫酸铁,调节PH值,是铁离子转化为氢氧化铁,过滤后,再向滤液中加入过量的氨水沉淀铝离子,

    与方案一相比较,方案一步骤少,操作简单,故方案一更合理,

    故答案为:方案一;步骤少,操作简单;

    (3)①、仪器A是分液漏斗,装置中A口部和B口部之间联通导气管的作用是:平衡分液漏斗内外压强,防止分液漏斗堵塞,

    故答案为:分液漏斗;平衡内外压强,防止分液漏斗堵塞;

    ②、A中盛有浓氨水,与生石灰、烧碱、碱石灰混合,放出大量的热,溶液中氢氧根离子浓度增大,利用氨气逸出,产生大量的氨气,氨水与胆矾反应生成氢氧化铜沉淀,不能产生氨气,故c不能可以,

    故答案为:c;

    (4)室温下,在a mol•L-1的(NH42SO4水溶液中pH=5,溶液中c(H+)=10-5mol/L,故溶液中c(OH-)=10-9mol/L,根据电荷守恒有:c(NH4+)+c(H+)=c(OH-)+2c(SO42-),即c(NH4+)+10-5mol/L=10-9mol/L+2amol/L,则c(NH4+)=(2a+10-9-10-5)mol/L,根据物料守恒计算溶液中c(NH3•H2O)=2amol/L-(2a+10-9-10-5)mol/L=(10-5-10-9)mol/L,故NH4++H2O⇌NH3•H2O+H+的平衡常数的表达式为

    10−5×(10−5−10−9)

    2a+10−9−10−5,

    故答案为:

    10−5×(10−5−10−9)

    2a+10−9−10−5.

    点评:

    本题考点: 制备实验方案的设计;化学平衡常数的含义;氨的化学性质.

    考点点评: 本题以框图题形式考查铝、铁的化合物的性质、对工艺流程的理解、氨气的制备与性质、水解平衡常数计算等,难度中等,清楚工艺流程原理是解题的关键,是对知识迁移的综合运用,(4)中计算注意守恒的利用.