Question

1．為探索工業(yè)含鋁、鐵、銅合金廢料的再利用，甲同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如圖：

回答下列問題：
（1）操作①的名稱為過濾，沉淀C的化學(xué)式為Al（OH）₃．
（2）在濾渣B中滴加稀硫酸時(shí)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率比同濃度硫酸與純鐵粉反應(yīng)要快，原因是形成鐵銅原電池，加快了反應(yīng)速率．
（3）在濾渣B中滴加的硫酸可用SO₂制取，可按以下三步進(jìn)行：
已知25℃、101kPa時(shí)：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197KJ/mol
H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44KJ/mol
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545KJ/mol
則SO₃（g）與H₂O（l）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol．
（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，檢測濾液D中含有的金屬離子（試劑自選）取少量濾液D加入NaOH溶液，產(chǎn)生白色沉淀，沉淀迅速變成灰綠色最后變成紅褐色，證明D中有Fe²⁺或取少量濾液D加入硫氰化鉀溶液，無現(xiàn)象，再加入氯水，顯血紅色，則證明D中有Fe²⁺．
（5）常溫下，乙同學(xué)將綠礬配成約0.1mol•L^-1FeSO₄溶液，測得溶液的pH=3，請(qǐng)用離子方程式解釋其原因Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺，該溶液中c（SO₄^2-）-c（Fe²⁺）=5×10^-4mol•L^-1（填近似數(shù)值）．
（6）在濾渣E中加入稀硫酸和試劑Y制膽礬晶體是一種綠色化學(xué)工藝，試劑Y為無色液體，則反應(yīng)④的總反應(yīng)化學(xué)方程式為Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O═CuSO₄•5H₂O或Cu+H₂O₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O．

Answer 1

分析 合金加入足量的燒堿溶液后，金屬鋁溶解，過濾得濾渣B為鐵、銅，濾液A中含偏鋁酸鈉，通入足量的氣體X為二氧化碳?xì)怏w，得到沉淀C為氫氧化鋁沉淀；氫氧化鋁沉淀加鹽酸溶解得到溶液F為氯化鋁；濾渣B加入稀硫酸，鐵與稀硫酸反應(yīng)，過濾，得到濾液D為硫酸亞鐵溶液，蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶得到綠礬，濾渣E主要為銅，銅中加和稀硫酸再加氧化劑Y如雙氧水等，得硫酸銅溶液，蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶得到膽礬，據(jù)此分析．
（1）分離固體和液體的操作是過濾；金屬鋁可以和強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣；偏鋁酸鹽可以和二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀；
（2）形成原電池能加快反應(yīng)速率，在濾渣B中滴加稀硫酸時(shí)，溶液中銅、鐵與稀硫酸形成了原電池；
（3）利用蓋斯定律，將熱化學(xué)方程式進(jìn)行運(yùn)算，（③-①+②）×$\frac{1}{2}$計(jì)算反應(yīng)的焓變，得到SO₃ （g）與H₂O（l）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式．
（4）濾液D中含有的金屬離子是亞鐵離子，根據(jù)亞鐵離子的檢驗(yàn)方法來回答；
（5）FeSO₄溶液中，亞鐵離子水解使溶液呈酸性，根據(jù)電荷守恒可計(jì)算出c（SO₄^2-）-c（Fe²⁺）的值；
（6）雙氧水是一種綠色氧化劑，可以實(shí)現(xiàn)金屬銅和硫酸之間的反應(yīng)，銅和硝酸、硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，據(jù)此書寫化學(xué)方程式．

解答 解：（1）依據(jù)題給信息得出操作①后得到的是濾液和濾渣，故此分離操作為過濾，具體過程為合金加入足量的燒堿溶液后，金屬鋁可以和強(qiáng)堿氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，即2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，金屬鋁溶解，過濾得濾渣B為鐵、銅，濾液A中含偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉中通入二氧化碳，則可以和二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，即2H₂O+AlO₂^-+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，所以通入足量的氣體X為二氧化碳?xì)怏w，得到沉淀C為氫氧化鋁沉淀，
故答案為：過濾；Al（OH）₃；
（2）在濾渣B中有Cu和Fe，在溶液中形成原電池，鐵做負(fù)極，銅做正極，形成原電池能加快反應(yīng)速率，故在濾渣B中滴加稀硫酸時(shí)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率比一般的鐵粉反應(yīng)要快，
故答案為：形成銅鐵原電池，加快了反應(yīng)速率；
（3）2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol ①
2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=-44kJ/mol ②
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol③
利用蓋斯定律：（③-①+②）×$\frac{1}{2}$得SO₃ （g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol，
故答案為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol；
（4）亞鐵離子可以和強(qiáng)堿反應(yīng)生成氫氧化亞鐵沉淀，迅速被氧化為氫氧化鐵，或用氯水先氧化，再用硫氰化鉀溶液檢驗(yàn)，故亞鐵離子的檢驗(yàn)方法：取少量濾液D加入NaOH溶液，產(chǎn)生白色沉淀，沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，或取少量濾液D加入硫氰化鉀溶液，無現(xiàn)象，再加入氯水，顯血紅色，則證明D中有Fe²⁺；
故答案為：取少量濾液D加入NaOH溶液，產(chǎn)生白色沉淀，沉淀迅速變成灰綠色最后變成紅褐色，證明D中有Fe²⁺或取少量濾液D加入硫氰化鉀溶液，無現(xiàn)象，再加入氯水，顯血紅色，則證明D中有Fe²⁺；
（5）FeSO₄溶液中，亞鐵離子水解使溶液呈酸性，反應(yīng)的離子方程式為Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺，根據(jù)電荷守恒有2c（SO₄^2-）-2c（Fe²⁺）=c（H⁺）-c（OH^-）=1×10^-3，所以（SO₄^2-）-c（Fe²⁺）=5×10^-4，
故答案為：Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺；5×10^-4；
（6）稀硫酸不能將銅氧化，故在濾渣E中加入稀硫酸和H₂O₂制膽礬晶體，是H₂O₂將Cu氧化為Cu²⁺，H₂O₂被還原為H₂O，稀硫酸只做酸，方程式為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O═CuSO₄•5H₂O或Cu+H₂O₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O，
故答案為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O═CuSO₄•5H₂O或Cu+H₂O₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了怎樣從工業(yè)廢料中制取純凈物，注意從框圖轉(zhuǎn)化中找出有用信息，利用有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行解答，試題培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，題目難度中等．