Question

4．某工業(yè)生產(chǎn)的廢渣中有  CuCO₃、Al₂O₃、Fe₃O₄、SiO₂，現(xiàn)利用下列流程實驗廢棄物再利用：

（1）操作Ⅰ所需玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒；
（2）反應(yīng)Ⅰ的產(chǎn)物NaBH₄是有機合成常見的還原劑，該反應(yīng)的還原劑為Na，調(diào)節(jié)pH 的目的：使鐵離子水解生成氫氧化鐵而除去鐵元素；
（3）沉淀2為Fe（OH）₃，高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）與明礬凈水的主要區(qū)別為：高鐵酸鈉既能殺菌消毒，又能除去水中懸浮的雜質(zhì)，而明礬凈水只能除去水中懸浮的雜質(zhì)；
（4）若原料中CuCO₃和Al₂O₃的 物質(zhì)的量之比為1：1，為了提高原料利用率，則試劑x的選擇可以為AD
A．CuO        B．NaOH                C．NH₃•H₂O           D．Cu₂（OH）₂CO₃
（5）CuAlO₂是一種新型無機材料，已知反應(yīng)Ⅱ中還生產(chǎn)一種具有助燃性氣體單質(zhì)，寫出反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式：4Cu（OH）₂+4Al（OH）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CuAlO₂+O₂↑+10H₂O；
（6）廢棄物中Al₂O₃的物質(zhì)的量為1mol，最終制得CuAlO₂的質(zhì)量為184.5g，該制備流程的產(chǎn)率為75%．

Answer 1

分析 某工業(yè)生產(chǎn)的廢渣中有  CuCO₃、Al₂O₃、Fe₃O₄、SiO₂，粉碎后加鹽酸，過濾得沉淀1為SiO₂，與硼酸鈉、鈉、氫氣反應(yīng)生成NaBH₄、硅酸鈉等，濾液1含有Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，經(jīng)氧化將亞鐵離子氧化成鐵離子，調(diào)節(jié)pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，過濾得到的沉淀2為Fe（OH）₃，濾液2含有Cu²⁺、Al³⁺，若原料中CuCO₃和Al₂O₃的 物質(zhì)的量之比為1：1，即銅元素和鋁元素的物質(zhì)的量之比為1：2，而CuAlO₂中，銅元素和鋁元素的物質(zhì)的量之比為1：1，所以為了提高原料利用率，還應(yīng)補充銅元素，所以試劑x為CuO或Cu₂（OH）₂CO₃，所得固體混合物為Cu（OH）₂、Al（OH）₃，高溫灼燒得CuAlO₂和O₂，以此來解答．

解答 解：某工業(yè)生產(chǎn)的廢渣中有  CuCO₃、Al₂O₃、Fe₃O₄、SiO₂，粉碎后加鹽酸，過濾得沉淀1為SiO₂，與硼酸鈉、鈉、氫氣反應(yīng)生成NaBH₄、硅酸鈉等，濾液1含有Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，經(jīng)氧化將亞鐵離子氧化成鐵離子，調(diào)節(jié)pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，過濾得到的沉淀2為Fe（OH）₃，濾液2含有Cu²⁺、Al³⁺，若原料中CuCO₃和Al₂O₃的 物質(zhì)的量之比為1：1，即銅元素和鋁元素的物質(zhì)的量之比為1：2，而CuAlO₂中，銅元素和鋁元素的物質(zhì)的量之比為1：1，所以為了提高原料利用率，還應(yīng)補充銅元素，所以試劑x為CuO或Cu₂（OH）₂CO₃，所得固體混合物為Cu（OH）₂、Al（OH）₃，高溫灼燒得CuAlO₂和O₂，
（1）操作Ⅰ為過濾，所需玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：漏斗、燒杯、玻璃棒；
（2）反應(yīng)Ⅰ為SiO₂，與硼酸鈉、鈉、氫氣反應(yīng)生成NaBH₄、硅酸鈉等，該反應(yīng)中氫從0價變?yōu)?1價，鈉從0 價變?yōu)?1價，所以該反應(yīng)的還原劑為Na，調(diào)節(jié)pH 的目的是使鐵離子水解生成氫氧化鐵而除去鐵元素，
故答案為：Na；使鐵離子水解生成氫氧化鐵而除去鐵元素；
（3）根據(jù)上面的分析可知，沉淀2為 Fe（OH）₃，高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）中鐵元素顯+6價，有強氧化性，能殺菌消毒，被還原后生成鐵離子水解能除去水中懸浮的雜質(zhì)，則明礬凈水只能除去水中懸浮的雜質(zhì)，不能殺菌消毒，
故答案為：Fe（OH）₃；高鐵酸鈉既能殺菌消毒，又能除去水中懸浮的雜質(zhì)，而明礬凈水只能除去水中懸浮的雜質(zhì)；
（4）根據(jù)上面的分析可知，試劑x的選擇可以為CuO或Cu₂（OH）₂CO₃，故選AD；
（5）反應(yīng)Ⅱ為Cu（OH）₂、Al（OH）₃在高溫灼燒條件下生成CuAlO₂和O₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Cu（OH）₂+4Al（OH）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CuAlO₂+O₂↑+10H₂O，
故答案為：4Cu（OH）₂+4Al（OH）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CuAlO₂+O₂↑+10H₂O；
（6）得CuAlO₂的質(zhì)量為184.5g，其物質(zhì)的量為$\frac{184.5}{123}$mol=1.5mol，廢棄物中Al₂O₃的物質(zhì)的量為1mol，則鋁元素的物質(zhì)的量為2mol，所以該制備流程的產(chǎn)率為$\frac{1.5mol}{2mol}$×100%=75%，
故答案為：75%．

點評 本題以CuAlO₂的制備工藝流程為載體，考查實驗基本操作、元素化合物性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化、氧化還原反應(yīng)、產(chǎn)率計算等知識點，注意把握制備原理，把握物質(zhì)的性質(zhì)以及相關(guān)反應(yīng)方程式的書寫，題目難度中等．