Question

為探索工業(yè)廢料的再利用，某化學(xué)興趣小組設(shè)計了如下左圖實驗方案，用含有鋁、鐵和銅的合金制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO₄?7H₂O）和膽礬晶體． 
請回答：
（1）步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需進(jìn)行的實驗操作是

 

，該操作中除用到燒杯和玻璃棒外，還必須用到的玻璃儀器有

 

．
（2）溶液A中的離子主要有Na⁺、OH^-、

 

；試劑X是

 

．
（3）進(jìn)行步驟Ⅱ時，該小組用如上右圖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(chǎn)生的白色沉淀逐漸減少，其原因是（用離子方程式表示）

 

；為了避免固體C減少，改進(jìn)的措施是在裝置Ⅰ、Ⅱ之間增加一個盛有飽和

 

溶液的洗氣瓶．
（4）從溶液E中獲得綠礬晶體的實驗操作依次為（填操作名稱）

 

、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應(yīng)，鋁可與氫氧化鈉反應(yīng)，用含有鋁、鐵和銅的合金制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO₄?7H₂O）和膽礬晶體流程為：合金與氫氧化鈉反應(yīng)，發(fā)生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，所得濾液A為NaAlO₂溶液，經(jīng)途徑Ⅱ與足量二氧化碳發(fā)生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，反應(yīng)可生成氫氧化鋁固體C，生成的氫氧化鋁再和鹽酸反應(yīng)生成AlCl₃，得到的AlCl₃較純凈；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(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得到綠礬，濾渣F為Cu，可用于制備膽礬；銅不能和稀硫酸反應(yīng)，但是當(dāng)加熱并通入空氣之后，銅和氧氣反應(yīng)生成氧化銅，然后氧化銅會和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，即2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，不會產(chǎn)生污染大氣的氣體，可制得膽礬．
（1）步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都涉及固液分離，固體和液體的分離用過濾法；進(jìn)行過濾操作時，所用到的玻璃儀器主要有燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）根據(jù)步驟Ⅰ加過量的氫氧化鈉發(fā)生的反應(yīng)進(jìn)行解答；
（3）制得的CO₂氣體中混有氯化氫氣體，用飽和的碳酸氫鈉除去；
（4）根據(jù)固體溶質(zhì)從溶液中結(jié)晶析出的方法是：蒸發(fā)溶劑，降溫結(jié)晶，再過濾分析，硫酸亞鐵的溶解度隨溫度的升高而增大，需采用降溫結(jié)晶．

解答： 解：金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應(yīng)，鋁可與氫氧化鈉反應(yīng)，用含有鋁、鐵和銅的合金制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO₄?7H₂O）和膽礬晶體流程為：合金與氫氧化鈉反應(yīng)，發(fā)生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，所得濾液A為NaAlO₂溶液，經(jīng)途徑Ⅱ與足量二氧化碳發(fā)生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，反應(yīng)可生成氫氧化鋁固體C，生成的氫氧化鋁再和鹽酸反應(yīng)生成AlCl₃，得到的AlCl₃較純凈；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(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得到綠礬，濾渣F為Cu，可用于制備膽礬；銅不能和稀硫酸反應(yīng)，但是當(dāng)加熱并通入空氣之后，銅和氧氣反應(yīng)生成氧化銅，然后氧化銅會和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，即2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，不會產(chǎn)生污染大氣的氣體，可制得膽礬．
（1）步驟Ⅰ加過量的氫氧化鈉，金屬鋁和氫氧化鈉反應(yīng)，金屬鋁溶解其中生成偏鋁酸鈉溶液，金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應(yīng)，將它們分離用過濾；步驟Ⅰ過濾得到的濾液A成分為偏鋁酸鈉，步驟Ⅱ中向偏鋁酸鈉中通入足量的二氧化碳，會得到純凈的氫氧化鋁沉淀，溶液中的溶質(zhì)為碳酸氫鈉，將它們分離用過濾；步驟Ⅲ中金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應(yīng)，鐵和硫酸反應(yīng)而金屬銅不反應(yīng)將它們分離用過濾，過濾操作時，所用到的玻璃儀器主要有燒杯、漏斗、玻璃棒，
故答案為：過濾；漏斗；      
（2）步驟Ⅰ加過量的氫氧化鈉，因鋁與堿反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應(yīng)，所以溶液A中的離子主要有AlO₂^-、Na⁺、OH^-；本實驗的目的是用含有鋁、鐵和銅的合金制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO₄?7H₂O）和膽礬晶體，金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應(yīng)，鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵而金屬銅不反應(yīng)，可以實現(xiàn)三種金屬的分離，所以試劑X是稀硫酸，
故答案為：AlO₂^-；稀硫酸；
（3）進(jìn)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(chǎn)生的白色沉淀逐漸減少，其原因是二氧化碳?xì)怏w中含有從鹽酸中揮發(fā)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(fā)生的反應(yīng)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(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，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：Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O；NaHCO₃；      
（4）因為硫酸亞鐵的溶解度隨溫度的升高而增大，所以將混合液來制備綠礬時應(yīng)先將溶液加熱濃縮、然后冷卻結(jié)晶，即可得到綠礬，故答案為：蒸發(fā)濃縮．

點(diǎn)評：本題綜合考查物質(zhì)的制備和性質(zhì)探究等知識，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實驗?zāi)芰Φ目疾椋瑸楦呖汲Ｒ婎}型，注意把握實驗的操作原理和步驟，把握相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)，題目難度中等．