Question

11．某化學(xué)興趣小組用含有鋁、鐵、銅的合金制取純凈的氯化鋁溶液、綠礬晶體[FeSO₄•7H₂O]和膽礬晶體，以探索工業(yè)廢料的再利用．其實(shí)驗(yàn)方案如下：

請(qǐng)回答下列問題：
（1）寫出合金與燒堿溶液反應(yīng)的離子方程式2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）由濾液A制AlCl₃溶液的途徑有①和②兩種，你認(rèn)為合理的是途徑② ；
上述實(shí)驗(yàn)方案多處采用了過濾操作，過濾所用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗和玻璃棒；其中玻璃棒的作用是引流．
（3）用濾渣F通過兩種途徑制取膽礬，與途徑③相比，途徑④明顯具有的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生等量膽礬途徑④消耗硫酸少、途徑④不會(huì)產(chǎn)生污染大氣的氣體．
（4）通過途徑④制取膽礬，必須進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作步驟：加硫酸、加熱通氧氣、過濾、蒸發(fā)濃縮、
冷卻結(jié)晶、過濾、自然干燥．其中“加熱通氧氣”所起的作用為（用離子方程式表示）2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O．
（5）測定所得膽礬（CuSO₄•xH₂O）中x值的實(shí)驗(yàn)方案是蒸發(fā)硫酸銅晶體中的水得到白色的無水硫酸銅，冷卻后稱量．此變化的化學(xué)方程式為：CuSO₄•xH₂O═CuSO₄+xH₂O，但溫度過高，CuSO₄會(huì)繼續(xù)分解為CuO和SO₃．
在此實(shí)驗(yàn)過程中，稱量操作至少進(jìn)行4次．若測定結(jié)果x值偏高，可能的原因是abd．
a．加熱溫度過高
b．加熱時(shí)膽礬晶體飛濺出來
c．加熱后放在空氣中冷卻
 d．所用坩堝事先未干燥（潮濕）

Answer 1

分析 Al、Fe、Cu三種金屬中，加入堿溶液后只有Al溶解，生成NaAlO₂溶液，若在此溶液中加入足量的鹽酸，因鹽酸為強(qiáng)酸，可以溶解生成的氫氧化鋁，則繼續(xù)反應(yīng)生成AlCl₃溶液，反應(yīng)離子方程式為：AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O，而第二種途徑通入氣體后生成沉淀，與鹽酸反應(yīng)生成AlCl₃，由此判斷生成的沉淀為氫氧化鋁，則確定通入的氣體在水中生成弱酸，則判斷為CO₂氣體．不溶于堿溶液的金屬Fe和Cu，加入足量稀硫酸后，F(xiàn)e溶解生成硫酸亞鐵溶液，溶液通過蒸發(fā)濃縮后冷卻結(jié)晶可得到綠礬晶體，不溶于酸的銅則可在通入氧氣的條件下與硫酸反應(yīng)生成膽礬，也可用濃硫酸和銅反應(yīng)制取，但濃硫酸會(huì)產(chǎn)生污染氣體二氧化硫．
（1）根據(jù)鋁與堿反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣；
（2）根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)合框圖轉(zhuǎn)化關(guān)系和所得產(chǎn)品進(jìn)行解答，依據(jù)過濾實(shí)驗(yàn)基本操作分析所需儀器及所起作用；
（3）從環(huán)保和原料的利用率角度解答；
（4）從溶液中要析出晶體，采用冷卻結(jié)晶法，然后過濾洗滌、干燥；銅和氧氣和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水；
（5）測定所得膽礬（CuSO₄•xH₂O）中x值的實(shí)驗(yàn)稱量操作至少進(jìn)行4次．
a．加熱溫度過高，會(huì)導(dǎo)致硫酸銅分解，質(zhì)量變化較大；
b．加熱時(shí)膽礬晶體飛濺出來，會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量變化偏大；
c．加熱后放在空氣中冷卻，會(huì)吸收空氣中的水重新形成晶體，結(jié)果偏�。�
d．所用坩堝事先未干燥（潮濕），會(huì)使水的含量較大，結(jié)果偏大．

解答 解：（1）因鋁與堿反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，所以化學(xué)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，則離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）途徑①會(huì)引入鹽酸，氯化鈉雜質(zhì)，過濾所用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗和玻璃棒，玻璃棒的作用是引流，故答案為：途徑②；燒杯、漏斗；引流；
（3）途徑③的反應(yīng)：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O
途徑④的反應(yīng)：2Cu+O₂+2H₂SO₄（�。�$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O從反應(yīng)方程式看出產(chǎn)生等量膽礬途徑④消耗硫酸少，途徑④不會(huì)產(chǎn)生污染大氣的氣體，
故答案為：產(chǎn)生等量膽礬途徑④消耗硫酸少；途徑④不會(huì)產(chǎn)生污染大氣的氣體；
（4）途徑④制取膽礬，必須進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作步驟：加硫酸、加熱通氧氣、過濾、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，途徑④的反應(yīng)：2Cu+O₂+2H₂SO₄（稀）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O改成離子反應(yīng)為2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；過濾； 2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O；
（5）測定所得膽礬（CuSO₄•xH₂O）中x值的實(shí)驗(yàn)稱量操作至少進(jìn)行4次．
a．加熱溫度過高，會(huì)導(dǎo)致硫酸銅分解，質(zhì)量變化較大，導(dǎo)致結(jié)果偏大，故a正確；
b．加熱時(shí)膽礬晶體飛濺出來，質(zhì)量變化偏大，結(jié)果偏大，故b正確；
c．加熱后放在空氣中冷卻，會(huì)吸收空氣中的水重新形成晶體，結(jié)果偏小，故c錯(cuò)誤；
d．所用坩堝事先未干燥（潮濕），會(huì)使水的含量增大，結(jié)果偏大，故d正確；
故答案為：4；abd．

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，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)要從原料的利用率、產(chǎn)品的純度及對(duì)環(huán)境的影響等分析，難度中等．