《2025年学霸高考黑题化学人教版》

热电厂用碱式硫酸铝 $ [Al_2(SO_4)_3 · Al_2O_3] $ 吸收烟气中低浓度的二氧化硫。具体过程如下：
(1) 碱式硫酸铝溶液的制备
往 $ Al_2(SO_4)_3 $ 溶液中加入一定量 $ CaO $ 粉末和蒸馏水，可生成碱式硫酸铝（络合物，易溶于水），同时析出生石膏沉淀 $ (CaSO_4 · 2H_2O) $，反应的化学方程式为$2Al_2(SO_4)_3+3CaO+6H_2O=Al_2(SO_4)_3·Al_2O_3+3CaSO_4·2H_2O$。
(2) SO₂ 的吸收与解吸。吸收液中碱式硫酸铝活性组分 $ Al_2O_3 $ 对 $ SO_2 $ 具有强大亲和力，化学反应为 $ Al_2(SO_4)_3 · Al_2O_3(aq) + 3SO_2(g) \rightleftharpoons Al_2(SO_4)_3 · Al_2(SO_3)_3(aq) $ $ \Delta H ＜ 0 $。工业流程如下图所示：

① 高温烟气可使脱硫液温度升高，不利于 $ SO_2 $ 的吸收。生产中常控制脱硫液在恒温 $ 40 \sim 60^{\circ}C $，试分析原因碱式硫酸铝吸收$SO_2$的反应为放热反应，降温使平衡$Al_2(SO_4)_3·Al_2O_3(aq)+3SO_2(g)\rightleftharpoons Al_2(SO_4)_3·Al_2(SO_3)_3(aq)$正向移动，有利于$SO_2$的吸收。
② 研究发现，I 中含碱式硫酸铝的溶液与 $ SO_2 $ 结合的方式有 2 种：其一是与溶液中的水结合。其二是与碱式硫酸铝中的活性 $ Al_2O_3 $ 结合，通过酸度计测定不同参数的吸收液的 $ pH $ 变化，结果如下图所示：

据此判断初始阶段，$ SO_2 $ 的结合方式是据图知初始阶段溶液pH较大，随着$SO_2$的吸收，溶液的酸性增强，所以初始阶段$SO_2$的结合方式是与活性$Al_2O_3$结合。二者的比值越大，吸收的$SO_2$越多，溶液的pH越大，所以据图知x、y、z的大小顺序是y＞x＞z。，比较 $ x $、$ y $、$ z $ 的大小顺序：y＞x＞z。
③ III 中得到再生的碱式硫酸铝溶液，其 $ n(Al_2O_3) : n[Al_2(SO_4)_3] $ 比值相对 I 中有所下降，请用化学方程式加以解释：$2Al_2(SO_3)_3+3O_2=2Al_2(SO_4)_3$或$2[Al_2(SO_4)_3·Al_2(SO_3)_3]+3O_2=4Al_2(SO_4)_3$。

答案： 巩固训练2
(1)$2Al_2(SO_4)_3+3CaO+6H_2O=Al_2(SO_4)_3·Al_2O_3+3CaSO_4·2H_2O$
(2)①碱式硫酸铝吸收$SO_2$的反应为放热反应，降温使平衡$Al_2(SO_4)_3·Al_2O_3(aq)+3SO_2(g)\rightleftharpoons Al_2(SO_4)_3·Al_2(SO_3)_3(aq)$正向移动，有利于$SO_2$的吸收 ②据图知初始阶段溶液pH较大，随着$SO_2$的吸收，溶液的酸性增强，所以初始阶段$SO_2$的结合方式是与活性$Al_2O_3$结合。二者的比值越大，吸收的$SO_2$越多，溶液的pH越大，所以据图知x、y、z的大小顺序是y＞x＞z。
③$2Al_2(SO_3)_3+3O_2=2Al_2(SO_4)_3$或$2[Al_2(SO_4)_3·Al_2(SO_3)_3]+3O_2=4Al_2(SO_4)_3$
解题思路
用碱式硫酸铝$[Al_2(SO_4)_3·Al_2O_3]$吸收烟气中低浓度的二氧化硫，具体过程如下：首先制备碱式硫酸铝溶液，再用碱式硫酸铝溶液吸收$SO_2$，得到$Al_2(SO_4)_3·Al_2(SO_3)_3$溶液，最后再加热分解生成碱式硫酸铝溶液。
解析：
(2)①由于碱式硫酸铝吸收$SO_2$的反应为放热反应，因此降温可使平衡正向移动，有利于$SO_2$的吸收；②据图知初始阶段溶液pH较大，随着$SO_2$的吸收，溶液的酸性增强，所以初始阶段$SO_2$的结合方式是与活性$Al_2O_3$结合。二者的比值越大，吸收的$SO_2$越多，溶液的pH越大，所以据图知x、y、z的大小顺序是y＞x＞z。