Question

2．某興趣小組用合金鋁、鐵、銅的廢棄合金為原料制取硝酸銅晶體和氫氧化鋁，并測定硝酸銅晶體的結(jié)晶水含量和氫氧化鋁的純度，設(shè)計的主要流程如圖：

已知：Fe²⁺沉淀的pH范圍為7.0～9.0；Fe³⁺沉淀的pH范圍為1.9～3.2；Cu²⁺沉淀的pH范圍為4.7～6.7
（1）寫出合金中加入NaOH溶液后所發(fā)生的離子反應(yīng)方程式2Al+2OH^?+2H₂O═2AlO₂^?+3H₂↑．試劑X的名稱為硝酸．
（2）加入Z的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，pH范圍應(yīng)為3.2≤pH＜4.7；下列可作為試劑Z的是c．
a．銅粉      b．氨水     c．氧化銅       d．硫酸銅
（3）實驗操作①依次是蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾洗滌即可得硝酸銅晶體．
（4）測定硝酸銅晶體的結(jié)晶水含量，下列方案中肯定不可行的是bc．（選填編號）
a．稱量樣品→加熱→冷卻→稱量CuO
b．稱量樣品→加熱→冷卻→稱量Cu（NO₃）₂
c．稱量樣品→加熱→用已知質(zhì)量的無水氯化鈣吸收水蒸氣并稱量
d．稱量樣品→加入NaOH將硝酸銅轉(zhuǎn)化為氫氧化銅，→過濾→加熱氫氧化銅分解生成氧化銅→冷卻→稱量CuO
根據(jù)流程圖內(nèi)數(shù)據(jù)計算：濾渣C中氫氧化鋁的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{26（m-n）}{9m}$．（用m、n的代數(shù)式表示）
（6）按該流程的操作步驟，氫氧化鋁質(zhì)量分數(shù)的測定結(jié)果偏高的可能性是最大的，原因有濾渣C沒有洗滌，混有NaHCO₃，煅燒后失重偏大；濾渣C洗滌后未烘干或烘干不達標(biāo)，混有微量水，煅燒后失重偏大．

Answer 1

分析 含有鋁、鐵、銅的廢棄合金加入過量氫氧化鈉溶液過濾得到濾渣B為Cu、Fe，濾液為NaAlO₂溶液，通入過量的二氧化碳生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉溶液；濾渣中加入X生成Y和溶液A，Y通入氧氣反應(yīng)生成X，判斷X為HNO₃，Y為NO氣體，溶液A為Fe（NO₃）₃，Cu（NO₃）₂，加入Z調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子沉淀得到濾渣E為Fe（OH）₃，濾液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到硝酸銅晶體；
（1）合金中只有鋁與加入NaOH溶液反應(yīng)，所以離子方程式為：2Al+2OH^?+2H₂O═2 AlO₂^?+3H₂↑；
（2）鐵離子完全沉淀，而銅離子不能沉淀，所以PH控制在3.2≤pH＜4.7，除雜不能引入新的雜質(zhì)；
（3）從硝酸銅溶液中得到硝酸銅晶體應(yīng)采用蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾洗滌即可得硝酸銅晶體；
（4）測定Cu（NO₃）₂•nH₂O里結(jié)晶水的含量，實驗步驟為：①研磨  ②稱量空坩堝和裝有試樣的坩堝的質(zhì)量  ③加熱  ④冷卻  ⑤稱量  ⑥重復(fù)③至⑤的操作，直到連續(xù)兩次稱量的質(zhì)量差不超過0.1g為止  ⑦根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算硝酸銅結(jié)晶水的含量，注意硝酸銅受熱分解產(chǎn)物為氧化銅，據(jù)此分析判斷；
（5）根據(jù)差量計量氫氧化鋁的質(zhì)量，然后根據(jù)質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{氫氧化鋁的質(zhì)量}{濾渣的總質(zhì)量}×100%$，來求解；
（6）可能是碳酸氫鈉的溶解度小而析出到濾渣中，或者烘干不到位的因素造成．

解答 解：（1）合金中只有鋁與加入NaOH溶液反應(yīng)，所以離子方程式為：2Al+2OH^?+2H₂O═2 AlO₂^?+3H₂↑，由分析可知X是硝酸，故答案為：2Al+2OH^?+2H₂O═2 AlO₂^?+3H₂↑，硝酸；
（2）鐵離子完全沉淀，而銅離子不能沉淀，所以PH控制在3.2≤pH＜4.7，除雜不能引入新的雜質(zhì)，加入銅粉將鐵離子還原成亞鐵離子，而氨水引入銨根離子，硝酸銅溶液起不到調(diào)節(jié)PH的作用，所以只能用氧化銅，故答案為：3.2≤pH＜4.7；c；
（3）從硝酸銅溶液中得到硝酸銅晶體應(yīng)采用蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾洗滌即可得硝酸銅晶體，故答案為：蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶；
（4）Cu（NO₃）₂受熱易分解，其分解反應(yīng)為：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
a．稱量樣品→加熱→冷卻→稱量CuO，根據(jù)硝酸銅分解的方程式以及氧化銅的質(zhì)量可測定Cu（NO₃）₂•nH₂O的結(jié)晶水含量，故a不選；
b．因硝酸銅易分解，稱量樣品→加熱無法恰好使結(jié)晶水合物恰好分解為硝酸銅，故b選；
c．稱量樣品→加熱→用已知質(zhì)量的無水氯化鈣吸收水蒸氣并稱量，原體系中水蒸氣也被吸收，故c選；
d．稱量樣品→加NaOH將硝酸銅轉(zhuǎn)化為氫氧化銅，→過濾→加熱氫氧化銅分解生成氧化銅→冷卻→稱量CuO，根據(jù)銅原子守恒求解無水硝酸銅的質(zhì)量，據(jù)此求解結(jié)晶水含量，故d不選；
故選bc；
（5）由2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Al₂O₃+3H₂O可知水的質(zhì)量為：（m-n）g，所以氫氧化鋁的質(zhì)量為：$\frac{78×2}{3×18}×（m-n）$，所以質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{\frac{78×2}{3×18}×（m-n）}{m}×100%$=$\frac{26（m-n）}{9m}$，故答案為：$\frac{26（m-n）}{9m}$；
（6）濾渣C沒有洗滌，混有NaHCO₃，濾渣C洗滌后未烘干或烘干不達標(biāo)，故答案為：濾渣C沒有洗滌，混有NaHCO₃，煅燒后失重偏大；濾渣C洗滌后未烘干或烘干不達標(biāo)，混有微量水，煅燒后失重偏大．

點評 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法分析，流程理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)，實驗基本操作是關(guān)鍵，題目難度中等．