Question

20．工業(yè)上用含有鋁、鐵、銅的合金工業(yè)廢料制取純凈的氯化鋁溶液、綠礬晶體（FeSO₄•7H₂O） 和膽礬晶體（CuSO₄•5H₂O）設(shè)計(jì)了如下方案如圖所示：請回答相關(guān)問題：
（1）寫出合金溶于足量燒堿溶液時(shí)相關(guān)反應(yīng)的離子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
寫出途徑I中相關(guān)反應(yīng)的離子方程式：AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O、H⁺+OH^-═H₂O
（2）由濾液A得AlCl₃溶液的途徑有I和II兩種，你認(rèn)為合理的是途徑Ⅱ（填“I”或“II），理由是因?yàn)闉V液A是NaAlO₂溶液，按途徑Ⅰ直接向A加入鹽酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的NaCl雜質(zhì)；按途徑Ⅱ，通入CO₂氣體，得Al（OH）₃沉淀，將Al（OH）₃溶解于鹽酸中得到的是較純凈的AlCl₃溶液．
（3）H₂O₂是一種綠色氧化劑，應(yīng)用十分廣泛，在濾渣D中加入稀硫酸和H₂O₂來制備膽礬晶體是一種綠色工藝，寫出稀硫酸和H₂O₂溶解濾渣D的離子方程式Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O．
制取500g膽礬，需要的氧化劑的物質(zhì)的量為2mol．
（4）如何從濾液C中獲得綠礬晶體（寫出主要的實(shí)驗(yàn)操作名稱）蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶．

Answer 1

分析 流程題的關(guān)鍵是明確流程中每一步的反應(yīng)過程，前后連貫綜合考慮解答問題，鋁、鐵、銅的合金中加入足量燒堿溶液過濾，得到濾液A為偏鋁酸鈉溶液，濾渣B為鐵和銅，由濾液A加入足量鹽酸反應(yīng)制取AlCl₃溶液，同時(shí)A中含有Na⁺，該途徑是不行的，制取的AlCl₃中含有雜質(zhì)；濾液A中通入足量二氧化碳和偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到沉淀中加入足量鹽酸加熱通過途徑Ⅱ得到氯化鋁溶液；濾渣B中加入足量硫酸溶液鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵溶液，銅不反應(yīng)，過濾得到濾液C為硫酸亞鐵溶液，從濾液C中獲得綠礬晶體注意的是冷卻結(jié)晶，不是蒸發(fā)結(jié)晶，濾渣D為銅，通過氧化生成氧化銅，氧化銅和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅溶液，濃縮蒸發(fā)，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到膽礬，
（1）合金溶于足量燒堿溶液時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，途徑I中是過量氫氧化鈉和鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成氯化鈉和水，偏鋁酸鈉溶液和鹽酸反應(yīng)得到氯化鋁、氯化鈉的混合溶液；
（2）由濾液A得AlCl₃溶液的途徑有I和II兩種，分析可知由濾液A加入足量鹽酸反應(yīng)制取AlCl₃溶液，同時(shí)A中含有Na⁺，該途徑Ⅰ是不行的，途徑Ⅱ可以得到氯化鋁溶液，
（3）在濾渣D中加入稀硫酸和H₂O₂來制備膽礬晶體是一種綠色工藝，銅和過氧化氫扎起稀硫酸溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅溶液，結(jié)合反應(yīng)的定量關(guān)系計(jì)算得到需要氧化劑過氧化氫的物質(zhì)的量；
（4）利用溶液中溶質(zhì)分離的方法回答，硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體．

解答 解：（1）合金溶于足量燒堿溶液時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，途徑I中是過量氫氧化鈉和鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成氯化鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為：H⁺+OH^-═H₂O，偏鋁酸鈉溶液和鹽酸反應(yīng)得到氯化鋁、氯化鈉的混合溶液，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O、H⁺+OH^-═H₂O；
（2）濾液A為偏鋁酸鈉溶液，濾渣B為鐵和銅，由濾液A加入足量鹽酸反應(yīng)制取AlCl₃溶液，同時(shí)A中含有Na⁺，該途徑是不行的，制取的AlCl₃中含有雜質(zhì)；濾液A中通入足量二氧化碳和偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到沉淀中加入足量鹽酸加熱通過途徑Ⅱ得到氯化鋁溶液，途徑Ⅱ更合理，因?yàn)闉V液A是NaAlO₂溶液，按途徑Ⅰ直接向A加入鹽酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的NaCl雜質(zhì)；按途徑Ⅱ，通入CO₂氣體，得Al（OH）₃ 沉淀，將Al（OH）₃溶解于鹽酸中得到的是較純凈的AlCl₃溶液；
故答案為：Ⅱ；因?yàn)闉V液A是NaAlO₂溶液，按途徑Ⅰ直接向A加入鹽酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的NaCl雜質(zhì)；按途徑Ⅱ，通入CO₂氣體，得Al（OH）₃ 沉淀，將Al（OH）₃溶解于鹽酸中得到的是較純凈的AlCl₃溶液；
（3）H₂O₂是一種綠色氧化劑，在濾渣D中加入稀硫酸和H₂O₂來制備膽礬晶體，稀硫酸和H₂O₂溶解濾渣D的離子方程式為：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，制取500g膽礬物質(zhì)的量=$\frac{500g}{250g/mol}$=2mol，需要的氧化劑過氧化氫的物質(zhì)的量為2mol，
故答案為：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；2mol；
（4）從濾液C中獲得綠礬晶體，硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體，故答案為：蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的分析，流程分析判斷，主要是物質(zhì)性質(zhì)轉(zhuǎn)化的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．