Question

5．某廠的酸性工業(yè)廢水中含有一定量的Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Cl^-．該廠利用如圖所示的工藝流程圖，利用常見的氣體氧化物、酸、堿和工業(yè)生產(chǎn)中的廢鐵屑，從廢水中生產(chǎn)出了氯化鐵、氧化鋁、NaCl晶體和金屬銅，產(chǎn)生了很好的社會經(jīng)濟效益．

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）圖中試劑1是廢鐵屑，試劑2是稀鹽酸．試劑4最好是CO₂．
（2）步驟1和步驟2所用到的玻璃儀器是漏斗、玻璃棒、燒杯．
（3）步驟1反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu²⁺═Cu+Fe²⁺，F(xiàn)e+2Fe³⁺═3Fe²⁺，F(xiàn)e+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
（4）步驟5反應(yīng)的離子方程式為AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（5）Al（OH）₃可用以下三種途徑制備
①Al$\stackrel{NaOH}{→}$NaAlO₂$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$Al（OH）₃②Al$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$Al₂（SO₄）₃$\stackrel{NaOH}{→}$Al（OH）₃
③                    
上述三途徑制備Al（OH）₃你認(rèn)為最佳途徑是③，理由是途徑③中反應(yīng)物的用量便于控制，不會使生成的氫氧化鋁溶解，同時消耗的酸堿的量相對較少．

Answer 1

分析 酸性工業(yè)廢水中含有一定量的Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Cl^-，由工藝流程圖示知，溶液A中不含有銅離子，故應(yīng)加入比銅活潑的金屬置換出銅離子，然后把鐵離子還原為液態(tài)離子，此金屬還能與酸反應(yīng)放出氣體，故試劑1為鐵屑；金屬銅以及多余的鐵屑進入沉淀A，然后加入稀鹽酸，鐵粉溶解生成溶液B，剩余沉淀B為銅粉；溶液A中剩余Na⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Cl^-，加入過量的氫氧化鈉溶液可以使鋁離子形成偏鋁酸根留在溶液中，亞鐵離子沉淀出來，故試劑3為氫氧化鈉溶液，偏鋁酸鹽溶于中通入二氧化碳?xì)怏w，偏鋁酸根變成氫氧化鋁沉淀出來，即沉淀D，可以防止氫氧化鋁溶液，所以試劑4最好是二氧化碳，最后得NaCl，據(jù)此解答各小題即可．

解答 解：酸性工業(yè)廢水中含有一定量的Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Cl^-，由工藝流程圖示知，溶液A中不含有銅離子，故應(yīng)加入比銅活潑的金屬置換出銅離子，然后把鐵離子還原為液態(tài)離子，此金屬還能與酸反應(yīng)放出氣體，故試劑1為鐵屑；金屬銅以及多余的鐵屑進入沉淀A，然后加入稀鹽酸，鐵粉溶解生成溶液B，剩余沉淀B為銅粉；溶液A中剩余Na⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Cl^-，加入過量的氫氧化鈉溶液可以使鋁離子形成偏鋁酸根留在溶液中，亞鐵離子沉淀出來，故試劑3為氫氧化鈉溶液，偏鋁酸鹽溶于中通入二氧化碳?xì)怏w，偏鋁酸根變成氫氧化鋁沉淀出來，即沉淀D，可以防止氫氧化鋁溶液，所以試劑4最好是二氧化碳，最后得NaCl，
（1）依據(jù)分析可知，圖中試劑1是廢鐵屑，試劑2是稀鹽酸，試劑4最好是CO₂，
故答案為：廢鐵屑；稀鹽酸；CO₂；
（2）步驟1和步驟2均為分離固體和液體操作，即過濾，過濾中使用儀器：漏斗、玻璃棒、燒杯，
故答案為：漏斗、玻璃棒、燒杯；
（3）步驟1中加入的是廢鐵屑，鐵比銅活潑能置換出銅離子，然后把鐵離子還原為亞鐵離子，F(xiàn)e還能與酸反應(yīng)放出氣體，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為：Fe+Cu²⁺═Cu+Fe²⁺，F(xiàn)e+2Fe³⁺═3Fe²⁺，F(xiàn)e+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：Fe+Cu²⁺═Cu+Fe²⁺，F(xiàn)e+2Fe³⁺═3Fe²⁺，F(xiàn)e+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（4）步驟5為偏鋁酸鹽溶于中通入二氧化碳?xì)怏w，偏鋁酸根變成氫氧化鋁沉淀出來，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）比較三種途徑中消耗的硫酸和氫氧化鈉的量可以知道，途徑①②消耗酸、堿的量較多，且不便于控制反應(yīng)物的量，當(dāng)酸或堿過量時，氫氧化鋁又會溶解，所以最佳途徑是③，途徑③中反應(yīng)物的用量便于控制，不會使生成的氫氧化鋁溶解，同時消耗的酸堿的量相對較少，
故答案為：③；途徑③中反應(yīng)物的用量便于控制，不會使生成的氫氧化鋁溶解，同時消耗的酸堿的量相對較少．

點評 本題主要考查的是從酸液廢水中提取金屬以及其化合物的流程，涉及：金屬活動性順序、離子反應(yīng)方程式書寫、氫氧化鋁的兩性等，綜合性較強，有一定難度．