Question

14．垃圾是放錯地方的資源，工業(yè)廢料也可以再利用．某化學興趣小組在實驗室中用廢棄的含鋁、鐵、銅的合金制取硫酸鋁溶液、硝酸銅晶體和鐵紅（Fe₂O₃）．實驗方案如下：

（1）濾渣B中發(fā)生反應的離子反應方程式為：2NO₃^-+3Cu+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，NO₃^-+Fe+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（2）已知Fe（OH）₃沉淀的pH是3～4，溶液C通過調節(jié)pH可以使Fe³⁺沉淀完全．下列物質中可用作調整溶液C的pH的試劑是CD（填序號）．
A、銅粉B、氨水C、氫氧化銅D、堿式碳酸銅
（3）常溫，若溶液C中金屬離子均為1mol•L^-1，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20．控制pH=4，溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-8mol/L，此時Cu（OH）₂無沉淀生成（填“有”或“無”）．
（4）將20mL Al₂（SO₄）₃溶液與等物質的量濃度的Ba（OH）₂溶液70mL混合，反應的離子方程為：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+7OH^-=3BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+AlO₂^-+2H₂O．
（5）在0.1L的混合酸溶液中，c（HNO₃）=2mol•L^-1，c（H₂SO₄）=3mol•L^-1，將0.3mol的銅放入加熱充分反應后，被還原的HNO₃的物質的量為0.2mol．

Answer 1

分析 合金與足量KOH作用，反應后所得濾液A為KAlO₂，濾渣B為鐵和銅，濾液A中加入硫酸得到硫酸鋁溶液，濾渣中加入足量的硝酸，得到的溶液C為硝酸銅和硝酸鐵的混合物，通過調節(jié)溶液pH，使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾分離，D為硝酸銅溶液，經(jīng)蒸發(fā)、結晶可得到硝酸銅晶體，氫氧化鐵加熱分解得到鐵紅．
（1）Cu與硝酸反應得到硝酸銅、NO與水，F(xiàn)e與足量的硝酸反應生成硝酸鐵、NO與水；
（2）溶液C通過調節(jié)pH可以使Fe³⁺沉淀完全，加入的物質能消耗氫離子，但是不能引入新的雜質；
（3）根據(jù)Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38計算c（Fe³⁺）；計算濃度積Qc與Ksp[Cu（OH）₂]比較判斷；
（4）將20mL Al₂（SO₄）₃溶液與等物質的量濃度的Ba（OH）₂溶液70mL混合，則二者的物質的量之比為2：7，鋇離子與硫酸根結合為硫酸鋇沉淀，硫酸根完全反應，鋁離子與氫氧根離子的物質的量之比為1：3.5，所以有部分氫氧化鋁轉化為偏鋁酸根離子，結合原子守恒、電荷守恒配平；
（5）根據(jù)反應3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O進行過量計算解答．

解答 解：合金與足量KOH作用，反應后所得濾液A為KAlO₂，濾渣B為鐵和銅，濾液A中加入硫酸得到硫酸鋁溶液，濾渣中加入足量的硝酸，得到的溶液C為硝酸銅和硝酸鐵的混合物，通過調節(jié)溶液pH，使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾分離，D為硝酸銅溶液，經(jīng)蒸發(fā)、結晶可得到硝酸銅晶體，氫氧化鐵加熱分解得到鐵紅．
（1）Cu與硝酸反應得到硝酸銅、NO與水，反應離子方程式為：2NO₃^-+3Cu+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
Fe與足量的硝酸反應生成硝酸鐵、NO與水，反應離子方程式為：NO₃^-+Fe+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案為：2NO₃^-+3Cu+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，NO₃^-+Fe+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（2）溶液C通過調節(jié)pH可以使Fe³⁺沉淀完全，應加入CuO、堿式碳酸銅或氫氧化銅，而加入銅粉生成Fe²⁺，加入氨水引入新的雜質，
故答案為：CD；
（3）已知溶液的pH=4，則c（H⁺）=10^-4mol/L，c（OH^-）=10^-10mol/L，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），所以c（Fe³⁺）=4.0×10^-8mol/L；
溶液中氫氧根離子的濃度為10^-10mol/L，則濃度積Qc=c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=1×（10^-10）²=10^-20＜Ksp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，所以沒有氫氧化銅沉淀生成；
故答案：4.0×10^-8mol/L；無；
（4）將20mL Al₂（SO₄）₃溶液與等物質的量濃度的Ba（OH）₂溶液70mL混合，則二者的物質的量之比為2：7，鋇離子與硫酸根結合為硫酸鋇沉淀，硫酸根完全反應，鋁離子與氫氧根離子的物質的量之比為1：3.5，所以有部分氫氧化鋁轉化為偏鋁酸根離子，結合原子守恒、電荷守恒配平離子方程式為：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+7OH^-=3BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+7OH^-=3BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+AlO₂^-+2H₂O；
（5）n（HNO₃）=0.1L×2mol/L=0.2mol，n（H₂SO₄）=0.1L×3mol/L=0.3mol，
則n（H⁺）=0.2mol+2×0.3mol=0.8mol，n（NO₃^-）=0.2mol，n（Cu）=0.3mol，
   3 Cu+8 H⁺+2 NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
    3     8     2
0.3mol  0.8mol  0.2mol
恰好完全反應，故0.2molNO₃^-完全被還原；
故答案為：0.2mol．

點評 本題主要考查了物質的分離提純和制備，題目涉及離子反應方程式的書寫、除雜質、氧化還原反應、溶度積的有關計算等，綜合性較強，題目難度中等，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．