Question

18．垃圾是放錯地方的資源，工業(yè)廢料也可以再利用．某化學興趣小組在實驗室中用廢棄的含鋁、鐵、銅的合金制取硫酸鋁溶液、硝酸銅晶體和鐵紅（Fe₂O₃）．實驗方案如下：

（1）濾渣B中發(fā)生反應的離子反應方程式為：NO₃^-+Fe+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O；2NO₃^-+3Cu+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（2）已知Fe（OH）₃沉淀的pH是3～4，溶液C通過調節(jié)pH可以使Fe³⁺沉淀完全．下列物質中可用作調整溶液C的pH的試劑是CD（填序號）．
A．銅粉B．氨水C．氫氧化銅D．堿式碳酸銅
（3）常溫，若溶液C中金屬離子均為1mol•L^-1，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20．控制pH=4，溶液中c（Fe³⁺）=4x10^-8mol•L^-1．
（4）將20mL Al₂（SO₄）₃溶液與等物質的量濃度的Ba（OH）₂溶液70mL混合，反應的離子方程為2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+7OH^-=3BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+AlO₂^-+2H₂O．
（5）在0.1L的混合酸溶液中，c（HNO₃）=2mol•L^-1，c（H₂SO₄）=3mol•L^-1，將0.3mol的銅放入加熱充分反應后，所得溶液的溶質的物質的量濃度為0.3mol/L．（溶液體積不變）

Answer 1

分析 含鋁、鐵、銅的合金與足量KOH作用，反應后所得濾液A為KAlO₂，濾渣B為鐵和銅，B中加入硝酸，得到的溶液C為硝酸銅和硝酸鐵的混合物，鐵離子易水解，可通過調節(jié)溶液pH的方法得到氫氧化鐵沉淀，即E為氫氧化鐵，D為硝酸銅溶液，經蒸發(fā)、結晶可得到硝酸銅晶體，
（1）濾渣B為鐵和銅，B中加入硝酸，得到的溶液C為硝酸銅和硝酸鐵的混合物；
（2）溶液C通過調節(jié)pH可以使Fe³⁺沉淀完全，加入的物質能消耗氫離子，但是不能引入新的雜質；
（3）根據Ksp[Fe（OH）₃]和溶液中氫氧根離子的濃度計算c（Fe³⁺）；
（4）將20mL Al₂（SO₄）₃溶液與等物質的量濃度的Ba（OH）₂溶液70mL混合，則二者的物質的量之比為2：7，根據物質的量關系寫方程式；
（5）根據反應3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O進行判斷．

解答 解：含鋁、鐵、銅的合金與足量KOH作用，反應后所得濾液A為KAlO₂，濾渣B為鐵和銅，B中加入硝酸，得到的溶液C為硝酸銅和硝酸鐵的混合物，鐵離子易水解，可通過調節(jié)溶液pH的方法得到氫氧化鐵沉淀，即E為氫氧化鐵，D為硝酸銅溶液，經蒸發(fā)、結晶可得到硝酸銅晶體，
（1）濾渣B為鐵和銅，B中加入硝酸，得到的溶液C為硝酸銅和硝酸鐵的混合物，反應的離子方程式為NO₃^-+Fe+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，2NO₃^-+3Cu+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
故答案為：NO₃^-+Fe+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O；2NO₃^-+3Cu+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）溶液C通過調節(jié)pH可以使Fe³⁺沉淀完全，應加入CuO、堿式碳酸銅或氫氧化銅，而加入銅粉生成Fe²⁺，加入氨水引入新的雜質，
故答案為：CD；
（3）已知溶液的pH=4，則c（H⁺）=10^-4mol/L，c（OH^-）=10^-10mol/L，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），所以c（Fe³⁺）=4.0×10^-8mol/L；
故答案：4.0×10^-8；
（4）將20mL Al₂（SO₄）₃溶液與等物質的量濃度的Ba（OH）₂溶液70mL混合，則二者的物質的量之比為2：7，則反應時鋁離子與氫氧根離子的物質的量之比為1：3.5，所以有部分氫氧化鋁轉化為偏鋁酸根離子，其離子方程式為：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+7OH^-=3BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+AlO₂^-+2H₂O；
故答案為：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+7OH^-=3BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+AlO₂^-+2H₂O；
（5）n（HNO₃）=0.1L×2mol/L=0.2mol，n（H₂SO₄）=0.1L×3mol/L=0.3mol，
則n（H⁺）=0.2mol+2×0.3mol=0.8mol，n（NO₃^-）=0.2mol，n（Cu）=0.3mol，
由反應3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O可知，0.3mol完全反應生成0.3mol硫酸銅，則c（CuSO₄）=$\frac{0.3mol}{0.1L}$=0.3mol/L；
故答案為：0.3mol/L．

點評 本題主要考查了物質的分離提純和制備，題目涉及離子反應方程式的書寫、除雜質、氧化還原反應、溶度積的有關計算等，綜合性較強，題目難度中等，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．