Question

某化學(xué)興趣小組用含有鋁、鐵、銅的合金制取純凈的氯化鋁溶液、綠礬晶體[FeSO₄?7H₂O]和膽礬晶體，以探索工業(yè)廢料的再利用．其實(shí)驗(yàn)方案如圖：

回答下列問題：（1）寫出合金與燒堿溶液反應(yīng)的離子方程式

 

．
（2）途徑②中通入足量的某氣體后過濾，你認(rèn)為該氣體為

 

．上述實(shí)驗(yàn)方案多處采用了過濾操作，過濾所用到的玻璃儀器有

 

和玻璃棒；其中玻璃棒的作用是

 

．
（3）用濾渣F通過兩種途徑制取膽礬，與途徑③相比，途徑④明顯具有的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是

 

、

 

．
（4）通過途徑④制取膽礬，必須進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作步驟：加硫酸、加熱通氧氣、過濾、

 

、冷卻結(jié)晶、

 

、自然干燥．其中“加熱通氧氣”所起的作用為

 

（用離子方程式表示）．
（5）測(cè)定所得膽礬（CuSO₄?xH₂O）中x值的實(shí)驗(yàn)方案是蒸發(fā)硫酸銅晶體中的水得到白色的無水硫酸銅，冷卻后稱量．此變化的化學(xué)方程式為：CuSO₄?xH₂O═CuSO₄+xH₂O，但溫度過高，CuSO₄會(huì)繼續(xù)分解為CuO和SO₃．在此實(shí)驗(yàn)過程中，若測(cè)定結(jié)果x值偏高，可能的原因是

 

．
a．加熱溫度過高
b．加熱時(shí)膽礬晶體飛濺出來
c．加熱后放在空氣中冷卻
d．所用坩堝事先未干燥（潮濕）

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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：Al、Fe、Cu三種金屬中，加入堿溶液后只有Al溶解，生成NaAlO₂溶液，若在此溶液中加入足量的鹽酸，因鹽酸為強(qiáng)酸，可以溶解生成的氫氧化鋁，則繼續(xù)反應(yīng)生成AlCl₃溶液，反應(yīng)離子方程式為：AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O，而第二種途徑通入氣體后生成沉淀，與鹽酸反應(yīng)生成AlCl₃，由此判斷生成的沉淀為氫氧化鋁，則確定通入的氣體在水中生成弱酸，則判斷為CO₂氣體．不溶于堿溶液的金屬Fe和Cu，加入足量稀硫酸后，F(xiàn)e溶解生成硫酸亞鐵溶液，溶液通過蒸發(fā)濃縮后冷卻結(jié)晶可得到綠礬晶體，不溶于酸的銅則可在通入氧氣的條件下與硫酸反應(yīng)生成膽礬，也可用濃硫酸和銅反應(yīng)制取，但濃硫酸會(huì)產(chǎn)生污染氣體二氧化硫．
（1）根據(jù)鋁與堿反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣；
（2）碳酸酸性比氫氧化鋁強(qiáng)，向偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳可生成氫氧化鋁沉淀，依據(jù)過濾實(shí)驗(yàn)基本操作分析所需儀器及所起作用；
（3）從環(huán)保和原料的利用率角度解答；
（4）從溶液中要析出晶體，采用冷卻結(jié)晶法，然后過濾洗滌、干燥；銅和氧氣和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水；
（5）a．加熱溫度過高，會(huì)導(dǎo)致硫酸銅分解，質(zhì)量變化較大；
b．加熱時(shí)膽礬晶體飛濺出來，會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量變化偏大；
c．加熱后放在空氣中冷卻，會(huì)吸收空氣中的水重新形成晶體，結(jié)果偏小；
d．所用坩堝事先未干燥（潮濕），會(huì)使水的含量較大，結(jié)果偏大．

解答： 解：（1）合金中鐵、銅不和堿反應(yīng)，鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，化學(xué)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，則離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）鋁、鐵、銅的合金中只有金屬鋁可以和強(qiáng)堿反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，所以濾液A的成分是偏鋁酸鈉，可以和過量的二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，實(shí)質(zhì)為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，過濾用的器材有：漏斗、濾紙、鐵架臺(tái)、鐵圈、燒杯和玻璃棒，其中玻璃儀器是漏斗、燒杯和玻璃棒，玻璃棒在過濾中起引流作用；故答案為：CO₂；漏斗、燒杯；引流；
（3）途徑③的反應(yīng)：Cu+2H₂SO₄（濃）

△   .

CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，途徑④的反應(yīng)：2Cu+O₂+2H₂SO₄（�。�

△   .

2CuSO₄+2H₂O，從反應(yīng)方程式看出產(chǎn)生等量膽礬途徑④消耗硫酸少，途徑④不會(huì)產(chǎn)生污染大氣的氣體，故答案為：產(chǎn)生等量膽礬途徑④消耗硫酸少；途徑④不會(huì)產(chǎn)生污染大氣的氣體；
（4）制備膽礬應(yīng)先將溶液加熱濃縮、然后冷卻結(jié)晶、過濾、干燥即可得到膽礬晶體，銅和氧氣和酸反應(yīng)生成硫酸銅和水：2Cu+2H₂SO₄+O₂═2CuSO₄+2H₂O，改成離子反應(yīng)為2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O，故答案為：蒸發(fā)濃縮；過濾； 2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O；
（5）a．加熱溫度過高，會(huì)導(dǎo)致硫酸銅分解，質(zhì)量變化較大，導(dǎo)致結(jié)果偏大，故a正確；
b．加熱時(shí)膽礬晶體飛濺出來，質(zhì)量變化偏大，結(jié)果偏大，故b正確；
c．加熱后放在空氣中冷卻，會(huì)吸收空氣中的水重新形成晶體，結(jié)果偏小，故c錯(cuò)誤；
d．所用坩堝事先未干燥（潮濕），會(huì)使水的含量增大，結(jié)果偏大，故d正確；
故答案為：abd．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，中等難度，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)要從原料的利用率、產(chǎn)品的純度及對(duì)環(huán)境的影響等分析．