Question

8．某工廠的廢金屬屑的主要成分為鋁、鐵和銅，某化學(xué)興趣小組在學(xué)習(xí)了元素及其化合物的相關(guān)知識后，設(shè)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(yīng)的離子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（2）步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ進行的實驗操作中均需用到的玻璃儀有燒杯、玻璃棒、漏斗．
（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，原因是由裝置a制取的CO₂中含HCl氣體，通入溶液A中會溶解Al（OH）₃．
（4）從溶液E得到綠礬晶體的實驗操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過濾．
（5）用固體F制備CuSO₄溶液，可設(shè)計如圖3三種途徑：
寫出途徑 ③中反應(yīng)的化學(xué)方程式：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，用途徑①制備CuSO₄溶液時，混酸中硫酸和硝酸的最佳物質(zhì)的量之比為3：2．
（6）用惰性電極電解硫酸銅溶液一段時間后，陰極增重3.2g．陽極產(chǎn)生0.56L氣體（標準狀況）．

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(yīng)，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，固體B用試劑X反應(yīng)，過濾分離得到溶液E，溶液E蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)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(zhuǎn)化得到硫酸銅，CuSO₄溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)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(yīng)生成Al（OH）₃與NaHCO₃；
（2）由上述分析可知，步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均是固體和液體的分離操作，都用到過濾操作，過濾用到的玻璃儀有燒杯、玻璃棒、漏斗；
（3）鹽酸具有揮發(fā)性，揮發(fā)出的HCl導(dǎo)致氫氧化鋁溶解；
（4）從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等操作；
（5）途徑③中Cu與濃硫酸反應(yīng)生成 硫酸銅、二氧化硫與水；途徑①中Cu與混酸反應(yīng)生成銅鹽、NO與水，反應(yīng)離子方程式為：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，根據(jù)反應(yīng)的離子方程式可計算出混酸中硫酸和硝酸的最佳物質(zhì)的量之比；
（6）電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電，當(dāng)陰極上析出析出銅的物質(zhì)的量為$\frac{3.2}{64}$=0.05mol，陰極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.05mol×2=0.1mol，根據(jù)陽極的電極反應(yīng)式4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，利用電子得失守恒可計算出產(chǎn)生的氧氣的體積．

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(yīng)，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(yīng)，過濾分離得到溶液E，溶液E蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)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(zhuǎn)化得到硫酸銅，CuSO₄溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)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(yīng)生成Al（OH）₃與NaHCO₃，反應(yīng)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）由上述分析可知，步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均是固體和液體的分離操作，都用到過濾操作，過濾用到的玻璃儀有燒杯、玻璃棒、漏斗，
故答案為：燒杯、玻璃棒、漏斗；
（3）鹽酸具有揮發(fā)性，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，
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(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（5）途徑③中Cu與濃硫酸反應(yīng)生成 硫酸銅、二氧化硫與水，反應(yīng)化學(xué)方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
途徑①中Cu與混酸反應(yīng)生成銅鹽、NO與水，反應(yīng)離子方程式為：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，根據(jù)反應(yīng)的離子方程式可知，硝酸根與氫離子的物質(zhì)的量之比為2：8=1：4，所以混酸中硫酸和硝酸的最佳物質(zhì)的量之比3：2，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；3：2；
（6）電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電，當(dāng)陰極上析出析出銅的物質(zhì)的量為$\frac{3.2}{64}$=0.05mol，陰極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.05mol×2=0.1mol，根據(jù)陽極的電極反應(yīng)式4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，利用電子得失守恒可知，陽極產(chǎn)生的氧氣的體積為$\frac{1}{4}×0.1×22.4$L=0.56L，
故答案為：0.56．

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