Question

【題目】某工廠的廢金屬屑中主要成分為Cu、Fe和Al，此外還含有少量Al2O3和Fe2O3，為探索工業廢料的再利用，某化學興趣小組設計了如下實驗流程，用該工廠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)試劑X是______________。溶液D是______________。

(3)在步驟Ⅱ時，用如圖裝置制取CO2并通入溶液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。為避免固體C減少，可采取的改進措施是_____________________。

(4)由固體F制取硫酸銅溶液，通常有兩種方案：

方案一：將固體F在加熱條件下與濃硫酸反應；

方案二：將固體F投入熱的稀濃硫酸中，然后通入氧氣；

方法一的缺點為：_________________________________________________。

(5)工業上常用溶液E制得凈水劑Na2FeO4，流程如下：

①測得溶液E中c(Fe2＋)為0.2 mol·L－1，若要處理1 m3溶液E，理論上需要消耗25%的H2O2溶液_______kg。

②寫出由Fe(OH)3制取Na2FeO4的離子方程式______________。(已知NaClO還原為NaCl)

Answer 1

【答案】2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO2-＋3H2↑ Al2O3＋2OH－===2AlO2-＋H2O 稀硫酸(或稀H2SO4) NaHCO3溶液 在a和b間加一個盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶，除去HCl 產生污染氣體二氧化硫 13.6 2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO42-＋3Cl－＋5H2O

【解析】

金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應，鋁可與氫氧化鈉反應，用含有鋁、鐵和銅的合金制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO47H2O）和膽礬晶體流程為：合金中鋁、氧化鋁與氫氧化鈉反應，所得濾液A為NaAlO2溶液，經途徑Ⅱ與足量二氧化碳發生AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-，反應可生成氫氧化鋁固體C，生成的氫氧化鋁再和鹽酸反應生成AlCl3，得到AlCl3溶液；溶液D為碳酸氫鈉溶液；

濾渣B為Fe和Cu的化合物，加入足量稀硫酸，得到的濾液E為FeSO4，經蒸發濃縮、冷卻結晶可得到綠礬，濾渣F為Cu，可用于制備膽礬，以此解答該題。

（1）在廢金屬屑中含有Cu、Fe、Al、Al2O3、Fe2O3，當加入過量NaOH溶液時，只有Al、Al2O3可以發生反應，所以步驟Ⅰ反應的離子方程式是2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑； Al2O3+ 2OH-= 2AlO2-+H2O；

（2）把混合物過濾，得到的固體B中含有Cu、Fe、Fe2O3，向其中加入過量的稀硫酸，發生反應：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O；Fe2(SO4)3+Fe= 3FeSO4；Fe2(SO4)3+Cu= 2FeSO4+ CuSO4 ； Fe+ H2SO4=FeSO4+H2↑；試劑X是H2SO4；過濾得到濾液E含有FeSO4、CuSO4；固體F中含有Cu，用熱的濃硫酸溶解得到CuSO4溶液，也可以用固體F繼續加入熱的稀H2SO4，同時不斷鼓入空氣，固體溶解得CuSO4溶液；（3）溶液A中含有NaOH、NaAlO2；向其中通入過量的CO2，發生反應產生Al(OH)3沉淀和可溶性物質NaHCO3，溶液D是NaHCO3，固體C是Al(OH)3沉淀，用鹽酸溶解得到AlCl3；然后在HCl的氣氛中加熱蒸發得到無水AlCl3；

（3）在步驟Ⅱ時，用如圖裝置制取CO2并通入溶液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，這是由于濃鹽酸有揮發性，在制取的CO2氣體中含有雜質HCl。為了避免固體C減少，可采取的改進措施是a,b間加一個盛有飽和NaHCO3的洗氣瓶，除去HCl；

（4）用固體F繼續加入熱的稀H2SO4，同時不斷鼓入空氣，固體溶解得CuSO4溶液；反應的化學方程式是2Cu+O2+ 2H2SO4=2CuSO4+2H2O；

（5）①Fe2+與H2O2反應的方程式是：2Fe2++H2O2+2H+= 2Fe3++2H2O，由于n(Fe2+)=0.2 mol/L×1×103 L=200mol，則根據方程式可知需要H2O2的物質的量是100mol,所以理論上需要消耗的H2O2溶液=13600g=13.6Kg；②根據圖示可知由Fe(OH)3制取Na2FeO4的離子方程式是2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO42-＋3Cl－＋5H2O。