Question

6．為探索工業(yè)廢料的再利用，某化學興趣小組設計了如圖1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：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）試劑X是稀硫酸．步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需進行的實驗操作是過濾．
（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(chǎn)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在a、b之間添加盛放飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶．
（4）由溶液E到綠礬晶體（FeSO₄•7H₂O），所需操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）用固體F制備CuSO₄溶液，可設計如圖3三種途徑：寫出途徑①中反應的離子方程式3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，請選出你認為的最佳途徑并說明選擇的理由途徑②最佳，理由是原料利用率高，環(huán)境污染�。�

Answer 1

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(fā)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(xiàn)為Cu，Cu轉化得到硫酸銅，CuSO₄溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶可以獲得膽礬晶體．
（1）步驟Ⅰ中鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣；
（3）鹽酸具有揮發(fā)性，揮發(fā)出的HCl導致氫氧化鋁溶液，用飽和NaHCO₃溶液除去；
（4）從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等操作；
（5）途徑①中Cu與混酸反應生成銅鹽、NO與水；根據(jù)消耗原料用量、產(chǎn)物對環(huán)境污染分析判斷．

解答 解：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(fā)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(xiàn)為Cu，Cu轉化得到硫酸銅，CuSO₄溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶可以獲得膽礬晶體．
（1）步驟Ⅰ中鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）由上述分析可知，試劑X為稀硫酸，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；過濾；
（3）鹽酸具有揮發(fā)性，揮發(fā)出的HCl導致氫氧化鋁溶液，應在a、b之間添加盛放飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶，除去二氧化碳中的HCl，
故答案為：在a、b之間添加盛放飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶；
（4）從硫酸銅溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結晶；過濾；
（5）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；
途徑①產(chǎn)生NO，途徑③中會生成二氧化硫，NO、二氧化硫均污染空氣，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(chǎn)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(huán)境污染小．

點評 本題考查實驗制備方案、物質的分離和提純、對方案的分析評價等，關鍵是理解工藝流程原理，是對學生綜合能力的考查，題目難度中等．