Question

15．為探索工業(yè)廢料的再利用，某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)流程，用含有鋁、鐵和銅的合金廢料制取無水氯化鋁、綠礬晶體（FeSO₄•7H₂O）和膽礬晶體．

請(qǐng)回答：
【制備無水氯化鋁】
（1）步驟Ⅰ進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作所需要的玻璃儀器是漏斗、燒杯、玻璃棒；
（2）步驟Ⅱ生成固體C的離子方程式是AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）進(jìn)行步驟Ⅱ時(shí)，該小組用如下圖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(shí)間后，觀察到燒杯中產(chǎn)生的白色沉淀會(huì)逐漸減少．為了避免固體C減少，可采取的改進(jìn)措施是在裝置a、b之間增加一個(gè)盛有飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶（合理即可）；
（4）由AlCl₃溶液制備無水AlCl₃的實(shí)驗(yàn)過程如下：
①由AlCl₃溶液制備氯化鋁晶體（AlCl₃•6H₂O）涉及的操作為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌；
②將AlCl₃•6H₂O溶于濃硫酸進(jìn)行蒸餾，可以得到一定量的無水AlCl₃，此原理是利用濃硫酸下列性質(zhì)中的bc（填字母）．
a．氧化性  b．吸水性  c．難揮發(fā)性  d．脫水性
【制備膽礬晶體】
（5）用固體F制備CuSO₄溶液，可設(shè)計(jì)以下三種途徑，你認(rèn)為的最佳途徑為②．（填序號(hào)）
【測(cè)定FeSO₄•7H₂O含量】
（6）稱取制得的綠礬樣品10.0g，溶于適量的稀硫酸中，配成100mL溶液，準(zhǔn)確量取25.00mL該液體于錐形瓶中，再用0.1000mol/L KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定．用同樣的方法滴定3次，平均消耗15.00mL標(biāo)準(zhǔn)液，則樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為83.4%．（已知Mr（FeSO₄•7H₂O）=278）

Answer 1

分析 含有鋁、鐵、銅的合金加入氫氧化鈉溶解，只有鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，所以濾渣B為鐵和銅，再經(jīng)稀硫酸反應(yīng)過濾的濾液為氯化亞鐵，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成綠礬，濾渣F為銅單質(zhì)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成膽礬；濾液A則為偏鋁酸鈉溶液，加過量鹽酸經(jīng)途徑Ⅰ生成氯化鋁溶液，而濾液A通足量氣體C經(jīng)途徑Ⅱ生成沉淀D，根據(jù)氫氧化鋁只溶于強(qiáng)酸強(qiáng)堿，所以氣體C為二氧化碳，沉淀D為氫氧化鋁，與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁溶液，
（1）根據(jù)以上分析，該流程需要過濾操作，所以還需的玻璃儀器為玻璃棒、燒杯、漏斗；
（2）過量CO₂與偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)，生成氫氧化鋁和碳酸氫根離子；
（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）①由AlCl₃溶液制備氯化鋁晶體的操作為：蒸發(fā)濃縮\、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌；
②AlCl₃能水解，直接加熱AlCl₃•6H₂O，水解徹底生成氫氧化鋁，得不到氯化鋁，而濃硫酸能吸水且不揮發(fā)，抑制氯化鋁水解；
（5）金屬銅可以和硝酸之間反應(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮和水，但是一氧化氮是有毒的，根據(jù)銅、稀硫酸的性質(zhì)來判斷反應(yīng)的發(fā)生；
（6）Fe²⁺→Fe³⁺，鐵元素化合價(jià)升高1價(jià)；MnO₄^-→Mn²⁺，錳元素降低5價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為5，根據(jù)關(guān)系式5Fe²⁺～MnO₄^-，計(jì)算25mL該液體中Fe²⁺的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算．

解答 解：含有鋁．鐵．銅的合金加入氫氧化鈉溶解，只有鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，所以濾渣B為鐵和銅，再經(jīng)稀硫酸反應(yīng)過濾的濾液為氯化亞鐵，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成綠礬，濾渣F為銅單質(zhì)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成膽礬；濾液A則為偏鋁酸鈉溶液，加過量鹽酸經(jīng)途徑Ⅰ生成氯化鋁溶液，而濾液A通足量氣體C經(jīng)途徑Ⅱ生成沉淀D，根據(jù)氫氧化鋁只溶于強(qiáng)酸強(qiáng)堿，所以氣體C為二氧化碳，沉淀D為氫氧化鋁，與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁溶液；
（1）根據(jù)以上分析，該流程需要過濾操作，所以還需的玻璃儀器為玻璃棒、燒杯、漏斗，故答案為：玻璃棒、燒杯、漏斗；
（2）過量CO₂與偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)，生成氫氧化鋁和碳酸氫根離子，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）進(jìn)行步驟Ⅱ時(shí)，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(shí)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(gè)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a和b之間增加一個(gè)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：在裝置a和b之間增加一個(gè)盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶（合理即可）；
（4）①由AlCl₃溶液制備氯化鋁晶體的操作為：蒸發(fā)濃縮\、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；
②AlCl₃能水解，直接加熱AlCl₃•6H₂O，水解徹底生成氫氧化鋁，得不到氯化鋁，濃硫酸具有吸水性，能吸收AlCl₃•6H₂O中的水，且濃硫酸不揮發(fā)，能抑制氯化鋁水解，利用濃硫酸的吸水性與難揮發(fā)性，
故選：b c；
（5）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(huì)和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，不會(huì)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：②；
（6）測(cè)定樣品中Fe²⁺的含量，采用在酸性條件下KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)液滴定，F(xiàn)e²⁺→Fe³⁺，鐵元素化合價(jià)升高1價(jià)；MnO₄^-→Mn²⁺，錳元素降低5價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為5，故Fe²⁺系數(shù)為5，MnO₄^- 系數(shù)為1，根據(jù)元素守恒可知Mn²⁺與Fe³⁺系數(shù)分別為1、5，根據(jù)電荷守恒可知缺項(xiàng)為H⁺，H⁺其系數(shù)為2+3×5-[2×5-1]=8，根據(jù)H元素守恒可知H₂O系數(shù)是4，所以反應(yīng)離子方程式為5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
令Fe²⁺的物質(zhì)的量為xmol，則：
5Fe²⁺～～～～～～MnO₄^-，
5                           1
xmol         0.015L×0.1mol/L
所以x=$\frac{5×0.015L×0.1mol/L}{1}$=0.0075mol，
所以樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量0.0075mol×4×278g/mol=8.34g，所以4g產(chǎn)品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{8.34g}{10g}$×100%=83.4%，
故答案為：83.4%；

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，明確工藝流程原理是解答本題的關(guān)鍵，注意掌握物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)原則，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>