Question

【題目】某工廠的廢金屬屑的主要成分為鋁、鐵和銅，某化學興趣小組在學習了元素及其化合物的相關知識后，設計了如圖1實驗流程，用該工廠的金屬廢料制取氯化鋁、綠礬晶體(FeSO4·7H2O)和膽礬晶體(CuSO4·5H2O)。

請回答：

(1)寫出步驟Ⅱ反應的離子方程式： 。

(2)步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ進行的實驗操作中均需用到的玻璃儀器有 。

(3)進行步驟Ⅱ時，該小組用如圖2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，原因是 。

(4)從溶液E得到綠礬晶體的實驗操作是 。

(5)用固體F制備CuSO4溶液，可設計如圖3三種途徑：

寫出途徑③中反應的化學方程式： ，用途徑①制備CuSO4溶液時，混酸中硫酸和硝酸的最佳物質的量之比為 。

(6)用惰性電極電解硫酸銅溶液一段時間后，陰極增重3.2g。請寫出陽極電極反應式 ，陽極產生 L氣體(標準狀況)。

Answer 1

【答案】

(1)AlO2-+ CO2 + 2H2O =Al(OH)3↓ + HCO3-、CO2 +OH-=HCO3-

(2)燒杯、玻璃棒、漏斗

(3)由裝置a制取的CO2中含HCl氣體，通入溶液A中會溶解Al(OH)3

(4)蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾

(5)Cu + 2H2SO4(濃) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O；3:2

(6)2H2O - 4e- =O2↑+ 4H+ 或4OH- - 4e- =O2↑+ 2H2O；0.56

【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反應，過濾后，得到溶液A含有NaAlO2，固體B為Cu和Fe．溶液A中通入過量的二氧化碳可以得到氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，過濾分離，得到C為Al(OH)3，D為NaHCO3溶液，C和碳酸氫鈉溶液D．固體B用試劑X反應，過濾分離得到溶液E，溶液E蒸發濃縮、冷卻結晶可以獲得綠礬晶體，可知試劑X為稀硫酸，E為FeSO4，F為Cu，Cu轉化得到硫酸銅，CuSO4溶液蒸發濃縮、冷卻結晶可以獲得膽礬晶體。

(1)步驟Ⅱ中偏鋁酸鈉與二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，反應離子方程式為：AlO2-+ CO2 + 2H2O =Al(OH)3↓ + HCO3-，故答案為：AlO2-+ CO2 + 2H2O =Al(OH)3↓ + HCO3-；

(2)步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均是固體和液體的分離操作，應該是過濾，需用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗，故答案為：燒杯、玻璃棒、漏斗；

(3)鹽酸具有揮發性，揮發出的HCl導致氫氧化鋁溶解，故答案為：由裝置a制取的CO2中含HCl氣體，通入溶液A中會溶解Al(OH)3；

(4)從硫酸銅溶液中獲得晶體，需要經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作，故答案為：蒸發濃縮；冷卻結晶；過濾；

(5)途徑③中Cu與濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫與水，反應化學方程式為Cu + 2H2SO4(濃) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O，途徑①中Cu與混酸反應生成銅鹽、NO與水，反應離子方程式為：3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O，根據離子方程式，可知混酸中硫酸和硝酸的最佳物質的量之比：2=3:2，故答案為： Cu + 2H2SO4(濃) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O；3:2

(6) 用鉑電極電解CuSO4溶液，陰極電極反應：Cu2++2e-=Cu，陽極電極反應：4OH--4e-=2H2O+O2↑，當陰極產生3.2g即0.05mol銅時，轉移電子是0.1mol，此時陽極上產生氧氣的物質的量是0.025mol，即標準狀況下體積是0.56L，故答案為：2H2O - 4e- =O2↑+ 4H+ 或4OH- - 4e- =O2↑+ 2H2O；0.56。