碱式硫酸铝溶液可用于烟气脱硫。室温下向一定浓度的硫酸铝溶液中加入一定量的碳酸钙粉末，反应后经过滤得到碱式硫酸铝溶液，反应方程式为（2−x）Al₂(SO₄)₃+3xCaCO₃+3xH₂O=2[（1−x）Al₂(SO₄)₃·xAl(OH)₃]+3xCaSO₄↓+3xCO₂↑，生成物（1−x）Al₂(SO₄)₃·xAl(OH)₃中x值的大小影响碱式硫酸铝溶液的脱硫效率。

（1）制备碱式硫酸铝溶液时，维持反应温度和反应时间不变，提高x值的方法有___________________。

（2）碱式硫酸铝溶液吸收SO₂过程中，溶液的pH___________（填“增大”、“减小”、“不变”）。

（3）通过测定碱式硫酸铝溶液中相关离子的浓度确定x的值，测定方法如下：

①取碱式硫酸铝溶液25.00 mL，加入盐酸酸化的过量BaCl₂溶液充分反应，静置后过滤、洗涤，干燥至恒重，得固体2.3300g。

②取碱式硫酸铝溶液2.50 mL，稀释至25 mL，加入0.1000 mol·L⁻¹EDTA标准溶液25.00 mL，调节溶液pH约为4.2，煮沸，冷却后用0.08000 mol·L⁻¹CuSO₄标准溶液滴定过量的EDTA至终点，消耗CuSO₄标准溶液20.00 mL（已知Al³⁺、Cu²⁺与EDTA反应的化学计量比均为1∶1）。

计算（1−x）Al₂(SO₄)₃·xAl(OH)₃中的x值____（写出计算过程）。

答案

适当增加CaCO₃的量或加快搅拌速率    减小    25mL溶液中：n(SO₄²⁻)= n(BaSO₄) ==0.0100 mol；2.5 mL溶液中：n(Al³⁺) = n(EDTA)−n(Cu²⁺)=0.1000 mol·L⁻¹×25.00 mL×10⁻³L·mL⁻¹−0.08000 mol·L⁻¹×20.00 mL×10⁻³ L·mL⁻¹=9.000×10⁻⁴ mol；25 mL溶液中：n(Al³⁺)=9.000×10⁻³ mol。1 mol (1−x)Al₂(SO₄)₃·xAl(OH)₃中n(Al³⁺)=(2−x)mol；n(SO₄²⁻)=3(1−x)mol，x=0.41   

【解析】

分析：（1）提高x的值，即促进Al³⁺的水解和CaSO₄的生成。

（2）碱式硫酸铝溶液吸收SO₂，溶液碱性减弱，pH减小。

（3）根据加入过量BaCl₂溶液产生的固体计算n（SO₄^2-）；由消耗的CuSO₄计算过量的EDTA，由Al³⁺消耗的EDTA计算n（Al³⁺）；根据n（Al³⁺）与n（SO₄^2-）之比计算x的值。

详解：（1）制备碱式硫酸铝溶液，维持反应温度和反应时间不变，提高x的值，即促进Al³⁺的水解和CaSO₄的生成，可以采取的方法是：适当增加CaCO₃的量、加快搅拌速率。

（2）碱式硫酸铝溶液吸收SO₂，溶液碱性减弱，pH减小。

（3）25mL溶液中：n（SO₄^2-）= n（BaSO₄）==0.0100 mol

2.5 mL溶液中：n（Al³⁺） = n（EDTA）−n（Cu²⁺）=0.1000 mol·L⁻¹×25.00 mL×10⁻³L·mL⁻¹−0.08000 mol·L⁻¹×20.00 mL×10⁻³ L·mL⁻¹=9.000×10⁻⁴ mol

25 mL溶液中：n（Al³⁺）=9.000×10⁻³ mol

1 mol （1-x）Al₂（SO₄）₃·xAl（OH）₃中n（Al³⁺）=（2-x）mol；n（SO₄^2-）=3（1-x）mol

==，解得x=0.41。

点睛：本题以碱式硫酸铝溶液的制备原理为背景，考查反应原理的理解、反应条件的控制和有关化学式的计算。解题的关键有：①向硫酸铝溶液中加入CaCO₃生成碱式硫酸铝溶液，CaCO₃的作用是调节pH促进Al³⁺水解，同时将SO₄^2-转化为CaSO₄沉淀；②理解溶液中的离子反应与实验滴定方法的定量计算，理清物质间的计量关系。