Question

【題目】某學校化學興趣小組為探索金屬回收物的綜合利用，專門設計實驗用含有鋁、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(CuSO4·5H2O)，其實驗方案如下：

請回答下列問題：

(1)過濾用的玻璃儀器有___________________________________________________。

(2)在濾液C轉化為沉淀Ⅱ的過程中鹽酸的用量不易控制，可改為通CO2氣體，寫出濾液C中通入過量CO2的離子方程式：______________________________________________。

寫出由沉淀Ⅱ轉化為AlCl3溶液的離子方程式：_____________________________。

(3)小組成員經過檢測，發現制得的綠礬不純，試分析其主要含有哪些雜質：_______________________________，要想由沉淀Ⅰ最終制得純度較高的綠礬，應如何改進___________________________________

(4)小組成員從資料中獲知H2O2是一種綠色氧化劑，在濾渣B中加入稀硫酸和H2O2來制備膽礬晶體，則該反應的總化學方程式為_______________________________。

(5)有同學提出可將方案中最初溶解合金的鹽酸改為燒堿，重新設計方案，也能最終制得三種物質，你認為第二種方案相對于第一種方案________(填“更合理”或“不合理”)，理由是________________________。

Answer 1

【答案】燒杯、漏斗、玻璃棒 AlO2-＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCO3- Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O 氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鐵 向溶液D中加入足量鐵粉，反應后過濾，再將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾即可得純度較高的綠礬 Cu＋H2O2＋H2SO4＋3H2O=CuSO4·5H2O(或Cu＋H2O2＋H2SO4=CuSO4＋2H2O) 更合理 前一種方案操作步驟多、時間長、消耗試劑量大

【解析】

合金鋁、鐵、銅加入足量鹽酸溶解后過濾，得到濾液A為氯化鋁、氯化亞鐵，加入足量氫氧化鈉溶液過濾得到濾液C為偏鋁酸鈉溶液，加入適量鹽酸過濾得到氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁加入鹽酸溶解生成氯化鋁溶液；沉淀Ⅰ為氫氧化亞鐵，加入硫酸生成硫酸亞鐵，溶液D蒸發結晶得到綠礬晶體；

(1)根據過濾實驗用到的儀器來回答；

(2)濾液C中含有偏鋁酸鈉，通入過量CO2生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，沉淀Ⅱ為氫氧化鋁，與鹽酸反應轉化為AlCl3溶液；

(3)制得的綠礬不純，部分亞鐵離子被氧化為鐵離子，要想由沉淀I最終制得純度較高的綠礬，需要向D溶液中加入過量鐵粉還原鐵離子過濾后溶液通過操作得到晶體；

(4)銅、稀硫酸、雙氧水的性質來判斷反應的發生，并結合質量守恒定律寫出該反應的化學方程式；

(5)根據實驗中的酸和堿的量的情況來對比回答。

合金鋁、鐵、銅加入足量鹽酸溶解后過濾，得到濾液A為氯化鋁、氯化亞鐵，加入足量氫氧化鈉溶液過濾得到濾液C為偏鋁酸鈉溶液，加入適量鹽酸過濾得到氫氧化鋁沉淀加入鹽酸溶解生成氯化鋁溶液；沉淀Ⅰ為氫氧化亞鐵，加入硫酸生成硫酸亞鐵溶液D蒸發結晶得到綠礬晶體；

(1)過濾實驗用到的儀器有：濾紙、鐵架臺、鐵圈、燒杯、玻璃棒和漏斗，故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒；

(2)濾液C中含有偏鋁酸鈉，通入過量CO2生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，反應的離子方程式為AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-，沉淀Ⅱ為氫氧化鋁，與鹽酸反應轉化為AlCl3溶液，反應的離子方程式為Al(OH)3+3H+═Al3++3H2O；

(3)發現制得的綠礬不純，含有氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鐵，是因為亞鐵離子被氧化為鐵離子，要想由沉淀I最終制得純度較高的綠礬，需要向D溶液中加入過量鐵粉還原鐵離子為亞鐵離子，過濾得到溶液蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到綠礬晶體；

(4)銅與濃硫酸反應生成有毒有污染的二氧化硫氣體，若銅先和氧氣反應生成氧化銅，然后氧化銅會和硫酸反應生成硫酸銅，不會產生污染大氣的氣體，該過程原料利用率高，所以途徑②最佳，Cu中加入稀硫酸和H2O2可以制備膽礬晶體，反應方程式為：Cu+H2O2+H2SO4+3H2O═CuSO45H2O(或Cu+H2O2+H2SO4═CuSO4+2H2O；

(5)在實驗原方案中，需要的是適量的酸，且步驟繁瑣，這很難控制，改用燒堿，首先分離出來鋁，然后加入硫酸，分離出鐵，最后得銅的化合物，故比較合理。