Question

【題目】工業上常常會大量的廢料，如果不加以回收利用甚至會造成環境污染，某化學興趣小組設計了如下實驗流程，用含有鋁、鐵和銅的合金廢料制取氯化鋁、綠礬晶體(FeSO4·7H2O）和膽礬晶體。

請回答：

（1）寫出步驟Ⅰ反應的離子方程式：_________________________。

（2）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）用固體F制備CuSO4溶液，可設計以下三種途徑：

寫出途徑②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】

（1）2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑

（2）稀硫酸(或H2SO4）；過濾

（3）在裝置a、b之間增加一個盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶(其他合理答案均可）

（4）3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；最佳途徑為②；因為耗酸少，且不產生污染氣體

【解析】

試題分析：鋁、鐵和銅的合金中只有金屬鋁可以和氫氧化鈉之間反應生成溶液A偏鋁酸鈉，固體B是金屬鐵和金屬銅，A中通入過量的二氧化碳可以得到氫氧化鋁沉淀C和碳酸氫鈉溶液D，金屬鐵可以和硫酸之間發生反應生成硫酸亞鐵和氫氣，但是金屬銅和稀硫酸之間不反應，硫酸亞鐵溶液蒸發濃縮、冷卻結晶可以獲得綠礬晶體，金屬銅可以獲得膽礬晶體。

（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：稀硫酸或H2SO4；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；

（4）金屬銅可以和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，不會產生污染大氣的氣體，該過程原料利用率高，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，環境污染小。