Question

【題目】為探索工業(yè)廢料的再利用，某化學興趣小組設計了如圖1實驗流程，用含有鋁、鐵和銅的合金廢料制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO47H2O）和膽礬晶體請回答：

（1）寫出步驟Ⅰ反應的離子方程式： ______ 。

（2）試劑X是 ______。步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需進行的實驗操作是 ______。

（3）進行步驟Ⅱ時，該小組用如圖2所示裝置及試劑制取CO2并將制得的氣體通入溶液A中．一段時間后，觀察到燒杯中產(chǎn)生的白色沉淀會逐漸減少．為了避免固體C減少，可采取的改進措施是 ______。

（4）由溶液E到綠礬晶體（FeSO47H2O），所需操作是 ______ 、 ______ 、 ______ 、洗滌、干燥。

（5）用固體F制備CuSO4溶液，可設計如圖3三種途徑：寫出途徑①中反應的離子方程式 ______ ，請選出你認為的最佳途徑并說明選擇的理由 ______ 。

Answer 1

【答案】2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 稀硫酸 過濾 在a、b之間添加盛放飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶 過濾 3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O 途徑②最佳，理由是原料利用率高，環(huán)境污染小

【解析】

金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應，鋁可與氫氧化鈉反應，用含有鋁、鐵和銅的合金制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO47H2O）和膽礬晶體流程為：合金中鋁、氧化鋁與氫氧化鈉反應，所得濾液A為NaAlO2溶液，經(jīng)途徑Ⅱ與足量二氧化碳發(fā)生AlO2-+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-，反應可生成氫氧化鋁固體C，生成的氫氧化鋁再和鹽酸反應生成AlCl3，得到的AlCl3較純凈；溶液D為碳酸氫鈉溶液；

濾渣B為Fe和Cu的化合物，加入足量稀硫酸，得到的濾液E為FeSO4，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得到綠礬，濾渣F為Cu，可用于制備膽礬，以此解答本題。

（1）步驟Ⅰ加過量的氫氧化鈉，金屬鋁和氫氧化鈉反應，金屬鋁溶解其中生成偏鋁酸鈉溶液，即2Al+2OH+2H2O=2AlO2-+3H2↑，

故答案為：2Al+2OH+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

（2）金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應，金屬銅和稀硫酸之間不反應，但是金屬鐵可以和稀硫酸之間反應生成硫酸亞鐵和氫氣，進而制的綠礬晶體，步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均是固體和液體的分離操作，應該是過濾，

故答案為：稀硫酸；過濾；

（3）進行步驟Ⅱ時，該小組用如圖2所示裝置及試劑將制得的CO2氣體通入溶液A中。一段時間后，觀察到燒杯中產(chǎn)生的白色沉淀逐漸減少，其原因是二氧化碳氣體中含有從鹽酸中揮發(fā)出的氯化氫氣體，氯化氫在水中溶解了部分沉淀氫氧化鋁，發(fā)生的反應為Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O，為了避免固體C減少，可在制取二氧化碳的收集裝置中增加一個洗去氯化氫的裝置，二氧化碳在飽和碳酸氫鈉中不溶，氯化氫和碳酸氫鈉反應生成二氧化碳氣體，所以可在裝置I和Ⅱ之間增加一個盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶，除去二氧化碳中的氯化氫，

故答案為：在a、b之間添加盛放飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶；

（4）溶液E為FeSO4溶液，得到綠礬晶體（FeSO47H2O）的操作為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，

故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；過濾；

（5）金屬銅可以和稀硝酸之間反應生成硝酸銅、一氧化氮和水，即3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O，銅不能和稀硫酸反應，但是當加熱并通入空氣之后，銅和氧氣反應生成氧化銅，然后氧化銅會和硫酸反應生成硫酸銅，不會產(chǎn)生污染大氣的氣體，該過程原料利用率高，且環(huán)境污染小，所以途徑②最佳，

故答案為：3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O；途徑②最佳，理由是原料利用率高，環(huán)境污染小。