Question

【題目】草酸鋁是一種不溶于水和醇，溶于強酸的白色粉末，是重要的媒染劑。某化學興趣小組設計實驗從廢棄鋁—空氣海水電池中回收鋁并制備草酸鋁晶體。

【實驗過程】

(一)鋁的回收

①稱取16.0g廢棄電池原料；

②用98.3%的硫酸進行酸浸、稀釋、除雜、過濾；

③將濾液蒸干得到硫酸鋁固體mlg.

(二)草酸鋁的制備

④配制250mL0.20mol/L的硫酸鋁溶液；

⑤量取0.10mol/L的草酸銨溶液20.00mL,并加入一定量的分散劑，緩緩加入配制的硫酸鋁溶液25.00mL,攪拌lh；

⑥沉化、抽濾、洗滌、干燥、稱量固體質量為m2g。

【問題討論】

(1)在用98.3%的硫酸進行酸浸時，浸出率與條件的關系如圖所示:

由圖可知濃硫酸為浸取劑的最佳條件為________。

(2)步驟③蒸干溶液所需的儀器有帶鐵圈的鐵架臺、酒精燈、_______、_______。

(3)鋁的回收率為_______ (回收率=回收鋁的質量/原料的質量）。

(4)步驟⑥中洗滌晶體時先用蒸餾水再用乙醇洗滌，這樣洗滌的原因是_______。

(5)該研究小組在實驗過程中發現，若用0.90mol/L草酸銨進行實驗，會導致沉淀的質量遠超過實際草酸鋁的質量。經分析，結晶生成物為(NH4)xAly(C2O4)z·nH2O。 現稱取3.990g該結晶水合物進行熱分解，得到剩余固體的質量隨溫度變化的曲線如下圖所示。己知450℃時剩余固體只有Al2O3。第II階段共產生氣體2.016L (標準狀況），該氣體通入足量的石灰水中產生3.000g沉淀。請計算求出該結晶水合物的化學式為______。

Answer 1

【答案】 100℃ 濃硫酸質量40g[或m(濃硫酸)：m(海水電池產物)=5: 2] 蒸發皿，玻璃棒 先用水冼去晶體表面附著的雜質離子，再用乙醇洗滌可快速干燥 (NH4)3Al(C2O4)3·3H2O

【解析】 (1)在用98.3%的硫酸進行酸浸時，根據浸出率與條件的關系圖可知，在100℃時，浸出率已經很高，再升高溫度，浸出率基本不變，升高溫度，對設備的要求增大，消耗的能量更多，浸取劑的最佳溫度為100℃，根據右圖可知，濃硫酸質量40g時，浸出率已經很高，再增大濃硫酸質量，浸出率基本不變，浸取劑的最佳用量為濃硫酸質量40g，此時m(濃硫酸)：m(海水電池產物)=40g:16g=5: 2，故答案為：100℃，濃硫酸質量40g[或m(濃硫酸)：m(海水電池產物)=5: 2]；

(2)步驟③蒸干溶液所需的儀器有帶鐵圈的鐵架臺、酒精燈、蒸發皿、玻璃棒，故答案為：蒸發皿、玻璃棒；

(3) mlg硫酸鋁中含有鋁元素的質量為mlg×，則鋁的回收率=×100%=×100%，故答案為： ×100%；

(4)步驟⑥中洗滌晶體時先用蒸餾水再用乙醇洗滌，先用水冼可以洗去晶體表面附著的雜質離子，再用乙醇洗滌可快速干燥，故答案為：先用水冼去晶體表面附著的雜質離子，再用乙醇洗滌可快速干燥；

(5)第I階段是脫去結晶水，結晶水的質量為3.990g-3.450g=0.540g，物質的量為=0.03mol；n(Al2O3)= =0.005mol，含有鋁元素的物質的量為0.005mol×2=0.01mol；生成碳酸鈣的質量為3.000g，物質的量==0.03mol，故生成的氣體中含有0.03molCO2，二氧化碳的質量為0.03mol×44g/mol=1.32g；因為氣體的物質的量為=0.09mol，則生成的CO和氨氣共有0.06mol，即n(CO)+n(NH3)=0.06mol；根據氫原子守恒，第二階段生成水的物質的量是氨氣的一半，根據質量守恒，CO和氨氣的質量之和為3.990g-1.32g-0.510g-0.540g=1.62g，則n(CO)×28g/mol+n(NH3)×17g/mol+ n(NH3)××18g/mol =1.62g，解得n(CO)=0.03mol，n(NH3)=0.03mol，根據碳原子守恒，含有草酸根離子的物質的量為=0.03mol，因此n(NH4+)：n(Al3+)： n(C2O42-)：n(H2O)=3:1:3:3，該結晶水合物的化學式為(NH4)3Al(C2O4)3·3H2O，故答案為：(NH4)3Al(C2O4)3·3H2O。