Question

為探索工業(yè)廢料的再利用，某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了如圖1實(shí)驗(yàn)流程，用含有鋁、鐵和銅的合金廢料制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO₄?7H₂O）和膽礬晶體．

請(qǐng)回答：
（1）寫出步驟Ⅰ反應(yīng)的離子方程式：

 

．
（2）試劑X是

 

．步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是

 

．
（3）進(jìn)行步驟Ⅱ時(shí)，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(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

 

．
（4）用固體F制備CuSO₄溶液，可設(shè)計(jì)如圖3三種途徑：
寫出途徑①中反應(yīng)的離子方程式

 

，請(qǐng)選出你認(rèn)為的最佳途徑并說明選擇的理由

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),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：鋁、鐵和銅的合金中只有金屬鋁可以和氫氧化鈉之間反應(yīng)生成溶液A偏鋁酸鈉，固體B是金屬鐵和金屬銅，A中通入過量的二氧化碳可以得到氫氧化鋁沉淀C和碳酸氫鈉溶液D，金屬鐵可以和硫酸之間發(fā)生反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，但是金屬銅和稀硫酸之間不反應(yīng)，所以F是金屬銅，硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可以獲得綠礬晶體，金屬銅可以獲得膽礬晶體．
（1）鋁、鐵和銅的合金中，只有金屬鋁是能溶于氫氧化鈉的固體物質(zhì)；
（2）根據(jù)步驟Ⅰ加過量的氫氧化鈉發(fā)生的反應(yīng)以及金屬銅和金屬鐵性質(zhì)的區(qū)別之處進(jìn)行解答；
（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）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．

解答： 解：鋁、鐵和銅的合金中只有金屬鋁可以和氫氧化鈉之間反應(yīng)生成溶液A偏鋁酸鈉，固體B是金屬鐵和金屬銅，A中通入過量的二氧化碳可以得到氫氧化鋁沉淀C和碳酸氫鈉溶液D，金屬鐵可以和硫酸之間發(fā)生反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，但是金屬銅和稀硫酸之間不反應(yīng)，硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可以獲得綠礬晶體，金屬銅可以獲得膽礬晶體．
（1）步驟Ⅰ加過量的氫氧化鈉，金屬鋁和氫氧化鈉反應(yīng)，金屬鋁溶解其中生成偏鋁酸鈉溶液，即2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應(yīng)，金屬銅和稀硫酸之間不反應(yīng)，但是金屬鐵可以和稀硫酸之間反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，進(jìn)而制的綠礬晶體，步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均是固體和液體的分離操作，應(yīng)該是過濾，故答案為：稀硫酸或H₂SO₄；過濾；
（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I和Ⅱ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I和Ⅱ之間增加一個(gè)盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶；
（4）金屬銅可以和硝酸之間反應(yīng)生成硝酸銅、一氧化氮和水，即3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，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：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；途徑②最佳，理由是原料利用率高，環(huán)境污染小．

點(diǎn)評(píng)：本題是對(duì)物質(zhì)的分離和提純知識(shí)點(diǎn)的考查，注意掌握鋁、鐵和銅及其化合物的性質(zhì)是解答本題的關(guān)鍵，題目難度不大．