题目
100-|||-90-|||-80-|||-70--|||-60-|||-50-|||-40-|||-301-|||-20-|||-101-|||-0- 100200300400500600700800900-|||-温度/℃随着时代的发展,绿色环保理念越来越受到大家的认同,变废为宝是我们每一位公民应该养成的意识。某同学尝试用废旧的铝制易拉罐作为原材料、采用“氢氧化铝法”制取明矾晶体并进行一系列的性质探究。制取明矾晶体主要涉及到以下四个步骤:第一步:铝制品的溶解。取一定量铝制品,置于250mL锥形瓶中,加入一定浓度和体积的强碱溶液,水浴加热(约93℃),待反应完全后(不再有氢气生成),趁热减压抽滤,收集滤液于250mL烧杯中;第二步:氢氧化铝沉淀的生成。将滤液重新置于水浴锅中,用3mol/L H2SO4调节滤液pH至8~9,得到不溶性白色絮凝状Al(OH)3,减压抽滤得到沉淀;第三步:硫酸铝溶液的生成。将沉淀转移至250mL烧杯中,边加热边滴入一定浓度和体积的H2SO4溶液;第四步:硫酸铝钾溶液的形成。待沉淀全部溶解后加入一定量的固体K2SO4,将得到的饱和澄清溶液冷却降温直至晶体全部析出,减压抽滤、洗涤、抽干,获得产品明矾晶体[KAl(SO4)2•12H2O,M=474g/mol]。回答下列问题:(1)第一步铝的溶解过程中涉及到的主要反应的离子方程式为 ____ 。(2)为了加快铝制品的溶解,应该对铝制品进行怎样的预处理 ____ 。(3)第四步操作中,为了保证产品的纯度,同时又减少产品的损失,应选择下列溶液中的 ____ 。(填选项字母)进行洗涤,实验效果最佳。A.乙醇 B.饱和K2SO4溶液 C.蒸馏水 D.1:1乙醇水溶液(4)为了测定所得明矾晶体的纯度,进行如下实验操作:准确称取明矾晶体试样4.0g于烧杯中,加入50mL 1mol/L盐酸进行溶解,将上述溶液转移至100mL容量瓶中,稀释至刻度线,摇匀;移取25.00mL溶液干250mL锥形瓶中,加入30mL 0.10mol/L EDTA-2Na标准溶液,再滴加几滴2D二甲酚橙,此时溶液呈黄色;经过后续一系列操作,最终用0.20mol/L锌标准溶液滴定至溶液由黄色变为紫红色,达到滴定终点时,共消耗5.00mL锌标准溶液。滴定原理为H2Y2-+Al3+→AlY-+2H+,H2Y2-(过量)+Zn2+→ZnY2-+2H+(注:H2Y2-表示EDTA-2Na标准溶液离子)。则所得明矾晶体的纯度为 ____ %。(5)明矾除了可以用作人们熟悉的净水剂之外,还常用作部分食品的膨松剂,例如油条(饼)的制作过程需要加入一定量的明矾,请简述明矾在面食制作过程作膨松剂的原理 ____ 。(6)为了探究明矾晶体的结晶水数目及分解产物,在N2气流中进行热分解实验,得到明矾晶体的热分解曲线如图所示(TG%代表的是分解后剩余固体质量占样品原始质量的百分率,失重百分率=(挥发掉的质量)/(样品原始质量)×100%),根据TG曲线出现的平台及失重百分率,30~270℃范围内,失重率约为45.57%,680~810℃范围内,失重百分率约为25.31%,总失重率约为70.88%,请分别写出所涉及到30~270℃、680~810℃温度范围内这两个阶段的热分解方程式: ____ 、 ____ 。
随着时代的发展,绿色环保理念越来越受到大家的认同,变废为宝是我们每一位公民应该养成的意识。某同学尝试用废旧的铝制易拉罐作为原材料、采用“氢氧化铝法”制取明矾晶体并进行一系列的性质探究。制取明矾晶体主要涉及到以下四个步骤:
第一步:铝制品的溶解。取一定量铝制品,置于250mL锥形瓶中,加入一定浓度和体积的强碱溶液,水浴加热(约93℃),待反应完全后(不再有氢气生成),趁热减压抽滤,收集滤液于250mL烧杯中;
第二步:氢氧化铝沉淀的生成。将滤液重新置于水浴锅中,用3mol/L H2SO4调节滤液pH至8~9,得到不溶性白色絮凝状Al(OH)3,减压抽滤得到沉淀;
第三步:硫酸铝溶液的生成。将沉淀转移至250mL烧杯中,边加热边滴入一定浓度和体积的H2SO4溶液;
第四步:硫酸铝钾溶液的形成。待沉淀全部溶解后加入一定量的固体K2SO4,将得到的饱和澄清溶液冷却降温直至晶体全部析出,减压抽滤、洗涤、抽干,获得产品明矾晶体[KAl(SO4)2•12H2O,M=474g/mol]。
回答下列问题:
(1)第一步铝的溶解过程中涉及到的主要反应的离子方程式为 ____ 。
(2)为了加快铝制品的溶解,应该对铝制品进行怎样的预处理 ____ 。
(3)第四步操作中,为了保证产品的纯度,同时又减少产品的损失,应选择下列溶液中的 ____ 。(填选项字母)进行洗涤,实验效果最佳。
A.乙醇 B.饱和K2SO4溶液 C.蒸馏水 D.1:1乙醇水溶液
(4)为了测定所得明矾晶体的纯度,进行如下实验操作:准确称取明矾晶体试样4.0g于烧杯中,加入50mL 1mol/L盐酸进行溶解,将上述溶液转移至100mL容量瓶中,稀释至刻度线,摇匀;移取25.00mL溶液干250mL锥形瓶中,加入30mL 0.10mol/L EDTA-2Na标准溶液,再滴加几滴2D二甲酚橙,此时溶液呈黄色;经过后续一系列操作,最终用0.20mol/L锌标准溶液滴定至溶液由黄色变为紫红色,达到滴定终点时,共消耗5.00mL锌标准溶液。滴定原理为H2Y2-+Al3+→AlY-+2H+,H2Y2-(过量)+Zn2+→ZnY2-+2H+(注:H2Y2-表示EDTA-2Na标准溶液离子)。则所得明矾晶体的纯度为 ____ %。
(5)明矾除了可以用作人们熟悉的净水剂之外,还常用作部分食品的膨松剂,例如油条(饼)的制作过程需要加入一定量的明矾,请简述明矾在面食制作过程作膨松剂的原理 ____ 。
(6)为了探究明矾晶体的结晶水数目及分解产物,在N2气流中进行热分解实验,得到明矾晶体的热分解曲线如图所示(TG%代表的是分解后剩余固体质量占样品原始质量的百分率,失重百分率=$\frac{挥发掉的质量}{样品原始质量}$×100%),根据TG曲线出现的平台及失重百分率,30~270℃范围内,失重率约为45.57%,680~810℃范围内,失重百分率约为25.31%,总失重率约为70.88%,请分别写出所涉及到30~270℃、680~810℃温度范围内这两个阶段的热分解方程式: ____ 、 ____ 。
题目解答
答案
解:(1)第一步铝的溶解过程中主要发生铝与强碱溶液的反应,离子方程式为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,
故答案为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(2)废旧的铝制易拉罐表面有氧化膜及包装油漆喷绘等,打磨去涂层、剪成小片增大接触面积,可加快在强碱溶液中的溶解,
故答案为:用砂纸将废旧铝制易拉罐内外表面打磨光滑,并剪成小片备用(其他合理答案也给分)
(3)所得明矾晶体所含的杂质能溶于水,需用水洗涤,但为了减少产品的损失,应控制水的比例,因此用1:1乙醇水溶液洗涤效果最佳,
故答案为:D;
(4)根据题目信息,滴定原理为H2Y2-+Al3+→AlY-+2H+,H2Y2-(过量)+Zn2+→ZnY2-+2H+(注:H2Y2-表示EDTA-2Na标准溶液离子)。可知,用EDTA-2Na的总量减去锌标准溶液对EDTA-2Na的消耗量,n(Zn2+)=0.20mol/L×5.00×10-3L=1.0×10-3mol,n(Al3+)=n总(H2Y2-)-n(Zn2+)=0.10mol/L×30×10-3L-1.0×10-3mol=2.0×10-3mol,溶液转移至100mL容量瓶中,稀释至刻度线,移取25.00mL,则样品溶液中n总(Al3+)=2.0×10-3mol×$\frac{100mL}{25.00mL}$=8.0×10-3mol,根据关系式:n[KAl(SO4)2▪12H2O]=n总(Al3+)=8.0×10-3mol,所以明矾晶体的纯度为:$\frac{8.0×1{0}^{-3}mol×474g/mol}{4.0g}$×100%=94.8%,
故答案为:94.8;
(5)面食发酵过程中需要用到小苏打(NaHCO3),NaHCO3与明矾发生双水解反应,产生CO2,
故答案为:明矾与小苏打(NaHCO3)发生反应(双水解):Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑,产生大量CO2,使面食内部体积迅速膨胀,形成较大空隙;
(6)根据TG曲线出现的平台及失重百分率,30~270℃范围内,失重率约为45.57%,1mol×474g/mol×45.57%=216g=12mol×18g/mol,恰好是1molKAl(SO4)2▪12H2O失去12摩结晶水的质量;680~810℃范围内,失重百分率约为25.31%,2mol×474g/mol×25.31%=240g=3mol×80g/mol,恰好是2molKAl(SO4)2▪12H2O失去3molSO3的质量;验证出第一个阶段应是脱掉结晶水得到KAl(SO4)2;第二阶段脱掉SO3,发生的是非氧化还原反应,得到K2SO4和Al2O3,根据质量守恒写出方程式为:KAl(SO4)2▪12H2O$\frac{\underline{\;30~270℃\;}}{}$KAl(SO4)2+12H2O;2KAl(SO4)2$\frac{\underline{\;680~810℃\;}}{}$K2SO4+Al2O3+3SO3↑,
故答案为:KAl(SO4)2▪12H2O$\frac{\underline{\;30~270℃\;}}{}$KAl(SO4)2+12H2O;2KAl(SO4)2$\frac{\underline{\;680~810℃\;}}{}$K2SO4+Al2O3+3SO3↑。
故答案为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(2)废旧的铝制易拉罐表面有氧化膜及包装油漆喷绘等,打磨去涂层、剪成小片增大接触面积,可加快在强碱溶液中的溶解,
故答案为:用砂纸将废旧铝制易拉罐内外表面打磨光滑,并剪成小片备用(其他合理答案也给分)
(3)所得明矾晶体所含的杂质能溶于水,需用水洗涤,但为了减少产品的损失,应控制水的比例,因此用1:1乙醇水溶液洗涤效果最佳,
故答案为:D;
(4)根据题目信息,滴定原理为H2Y2-+Al3+→AlY-+2H+,H2Y2-(过量)+Zn2+→ZnY2-+2H+(注:H2Y2-表示EDTA-2Na标准溶液离子)。可知,用EDTA-2Na的总量减去锌标准溶液对EDTA-2Na的消耗量,n(Zn2+)=0.20mol/L×5.00×10-3L=1.0×10-3mol,n(Al3+)=n总(H2Y2-)-n(Zn2+)=0.10mol/L×30×10-3L-1.0×10-3mol=2.0×10-3mol,溶液转移至100mL容量瓶中,稀释至刻度线,移取25.00mL,则样品溶液中n总(Al3+)=2.0×10-3mol×$\frac{100mL}{25.00mL}$=8.0×10-3mol,根据关系式:n[KAl(SO4)2▪12H2O]=n总(Al3+)=8.0×10-3mol,所以明矾晶体的纯度为:$\frac{8.0×1{0}^{-3}mol×474g/mol}{4.0g}$×100%=94.8%,
故答案为:94.8;
(5)面食发酵过程中需要用到小苏打(NaHCO3),NaHCO3与明矾发生双水解反应,产生CO2,
故答案为:明矾与小苏打(NaHCO3)发生反应(双水解):Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑,产生大量CO2,使面食内部体积迅速膨胀,形成较大空隙;
(6)根据TG曲线出现的平台及失重百分率,30~270℃范围内,失重率约为45.57%,1mol×474g/mol×45.57%=216g=12mol×18g/mol,恰好是1molKAl(SO4)2▪12H2O失去12摩结晶水的质量;680~810℃范围内,失重百分率约为25.31%,2mol×474g/mol×25.31%=240g=3mol×80g/mol,恰好是2molKAl(SO4)2▪12H2O失去3molSO3的质量;验证出第一个阶段应是脱掉结晶水得到KAl(SO4)2;第二阶段脱掉SO3,发生的是非氧化还原反应,得到K2SO4和Al2O3,根据质量守恒写出方程式为:KAl(SO4)2▪12H2O$\frac{\underline{\;30~270℃\;}}{}$KAl(SO4)2+12H2O;2KAl(SO4)2$\frac{\underline{\;680~810℃\;}}{}$K2SO4+Al2O3+3SO3↑,
故答案为:KAl(SO4)2▪12H2O$\frac{\underline{\;30~270℃\;}}{}$KAl(SO4)2+12H2O;2KAl(SO4)2$\frac{\underline{\;680~810℃\;}}{}$K2SO4+Al2O3+3SO3↑。