Question

20．工業上用含有鋁、鐵、銅的合金工業廢料制取純凈的氯化鋁溶液、綠礬晶體（FeSO₄•7H₂O） 和膽礬晶體（CuSO₄•5H₂O）設計了如下方案如圖所示：請回答相關問題：
（1）寫出合金溶于足量燒堿溶液時相關反應的離子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
寫出途徑I中相關反應的離子方程式：AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O、H⁺+OH^-═H₂O
（2）由濾液A得AlCl₃溶液的途徑有I和II兩種，你認為合理的是途徑Ⅱ（填“I”或“II），理由是因為濾液A是NaAlO₂溶液，按途徑Ⅰ直接向A加入鹽酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的NaCl雜質；按途徑Ⅱ，通入CO₂氣體，得Al（OH）₃沉淀，將Al（OH）₃溶解于鹽酸中得到的是較純凈的AlCl₃溶液．
（3）H₂O₂是一種綠色氧化劑，應用十分廣泛，在濾渣D中加入稀硫酸和H₂O₂來制備膽礬晶體是一種綠色工藝，寫出稀硫酸和H₂O₂溶解濾渣D的離子方程式Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O．
制取500g膽礬，需要的氧化劑的物質的量為2mol．
（4）如何從濾液C中獲得綠礬晶體（寫出主要的實驗操作名稱）蒸發、濃縮、冷卻結晶．

Answer 1

分析 流程題的關鍵是明確流程中每一步的反應過程，前后連貫綜合考慮解答問題，鋁、鐵、銅的合金中加入足量燒堿溶液過濾，得到濾液A為偏鋁酸鈉溶液，濾渣B為鐵和銅，由濾液A加入足量鹽酸反應制取AlCl₃溶液，同時A中含有Na⁺，該途徑是不行的，制取的AlCl₃中含有雜質；濾液A中通入足量二氧化碳和偏鋁酸鈉溶液反應生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到沉淀中加入足量鹽酸加熱通過途徑Ⅱ得到氯化鋁溶液；濾渣B中加入足量硫酸溶液鐵反應生成硫酸亞鐵溶液，銅不反應，過濾得到濾液C為硫酸亞鐵溶液，從濾液C中獲得綠礬晶體注意的是冷卻結晶，不是蒸發結晶，濾渣D為銅，通過氧化生成氧化銅，氧化銅和硫酸反應生成硫酸銅溶液，濃縮蒸發，冷卻結晶，過濾洗滌得到膽礬，
（1）合金溶于足量燒堿溶液時發生反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，途徑I中是過量氫氧化鈉和鹽酸發生反應生成氯化鈉和水，偏鋁酸鈉溶液和鹽酸反應得到氯化鋁、氯化鈉的混合溶液；
（2）由濾液A得AlCl₃溶液的途徑有I和II兩種，分析可知由濾液A加入足量鹽酸反應制取AlCl₃溶液，同時A中含有Na⁺，該途徑Ⅰ是不行的，途徑Ⅱ可以得到氯化鋁溶液，
（3）在濾渣D中加入稀硫酸和H₂O₂來制備膽礬晶體是一種綠色工藝，銅和過氧化氫扎起稀硫酸溶液中發生氧化還原反應生成硫酸銅溶液，結合反應的定量關系計算得到需要氧化劑過氧化氫的物質的量；
（4）利用溶液中溶質分離的方法回答，硫酸亞鐵溶液蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到晶體．

解答 解：（1）合金溶于足量燒堿溶液時發生反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，途徑I中是過量氫氧化鈉和鹽酸發生反應生成氯化鈉和水，反應的離子方程式為：H⁺+OH^-═H₂O，偏鋁酸鈉溶液和鹽酸反應得到氯化鋁、氯化鈉的混合溶液，反應的離子方程式為：AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O、H⁺+OH^-═H₂O；
（2）濾液A為偏鋁酸鈉溶液，濾渣B為鐵和銅，由濾液A加入足量鹽酸反應制取AlCl₃溶液，同時A中含有Na⁺，該途徑是不行的，制取的AlCl₃中含有雜質；濾液A中通入足量二氧化碳和偏鋁酸鈉溶液反應生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到沉淀中加入足量鹽酸加熱通過途徑Ⅱ得到氯化鋁溶液，途徑Ⅱ更合理，因為濾液A是NaAlO₂溶液，按途徑Ⅰ直接向A加入鹽酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的NaCl雜質；按途徑Ⅱ，通入CO₂氣體，得Al（OH）₃ 沉淀，將Al（OH）₃溶解于鹽酸中得到的是較純凈的AlCl₃溶液；
故答案為：Ⅱ；因為濾液A是NaAlO₂溶液，按途徑Ⅰ直接向A加入鹽酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的NaCl雜質；按途徑Ⅱ，通入CO₂氣體，得Al（OH）₃ 沉淀，將Al（OH）₃溶解于鹽酸中得到的是較純凈的AlCl₃溶液；
（3）H₂O₂是一種綠色氧化劑，在濾渣D中加入稀硫酸和H₂O₂來制備膽礬晶體，稀硫酸和H₂O₂溶解濾渣D的離子方程式為：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，制取500g膽礬物質的量=$\frac{500g}{250g/mol}$=2mol，需要的氧化劑過氧化氫的物質的量為2mol，
故答案為：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；2mol；
（4）從濾液C中獲得綠礬晶體，硫酸亞鐵溶液蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到晶體，故答案為：蒸發、濃縮、冷卻結晶．

點評 本題考查了物質性質的分析，流程分析判斷，主要是物質性質轉化的理解應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．