Question

11．Ⅰ．下面a～e是中學化學實驗中常見的幾種定量儀器：
A．量筒    b．容量瓶    c．滴定管    d．托盤天平    e．溫度計   f．燒杯
①使用容量瓶的第一步操作是查漏．
②若用上述儀器配制500mL 2mol•L^-1的NaCl溶液，還缺少的玻璃儀器是玻璃棒；膠頭滴管．
③若用上述儀器測定中和熱，則缺少的玻璃儀器為環形玻璃攪拌棒．
④若用上述儀器進行中和滴定，則缺少的玻璃儀器是錐形瓶．
Ⅱ．某興趣小組用含有鋁、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（CuSO₄•5H₂O），以探索工業廢料的再利用．其實驗方案如下：

試回答下列問題：
（1）由濾液A制得AlCl₃溶液有途徑Ⅰ和Ⅱ兩條，你認為合理的是Ⅱ，理由是因為濾液A是偏鋁酸鈉和氫氧化鈉溶液，按途徑I直接向A中加入鹽酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的氯化鈉雜質；按途徑II通入二氧化碳氣體，得Al（OH）₃沉淀，將Al（OH）₃溶解于鹽酸中得到的是純凈的AlCl₃溶液；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；．[來
（2）從濾液E中得到綠礬晶體的實驗操作是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾．
（3）從“綠色化學”角度考慮，寫出用濾渣F制備膽礬晶體最佳方案的有關化學方程式2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O．
（4）理論上20g含Cu 16%的合金能制得膽礬晶體質量12.5g．
（5）有同學提出可將方案中最初溶解合金的燒堿改用鹽酸，重新設計方案，也能制得三種物質，你認為后者的方案是否更合理后者的方案不合理，理由是因為該方案不符合實驗方案設計的簡約性原則，即操作步驟多、試劑消耗量大、作用時間長．

Answer 1

分析 Ⅰ．根據容量瓶的使用方法、配制一定物質的量濃度的溶液使用的儀器、中和熱測定使用儀器、中和滴定存在使用的儀器進行分析；
Ⅱ．含有鋁、鐵、銅的合金加入氫氧化鈉溶解，只有鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，所以濾渣B為鐵和銅，再經稀硫酸反應過濾的濾液為氯化亞鐵，進一步轉化成綠礬，濾渣F為銅單質，進一步轉化成膽礬；濾液A則為偏鋁酸鈉溶液，加過量鹽酸經途徑Ⅰ生成氯化鋁溶液，而濾液A通足量氣體C經途徑Ⅱ生成沉淀D，根據氫氧化鋁只溶于強酸強堿，所以氣體C為二氧化碳，沉淀D為氫氧化鋁，與鹽酸反應生成氯化鋁溶液，
（1）根據反應所得產物的組成來選擇合適的制取方案；根據所發生的反應來確定溶液的組成情況；
（2）綠礬晶體中有結晶水，溫度過高會使結晶水失去，根據溶液來得到晶體來分析實驗操作；
（3）從“綠色化學”角度考慮，反應中不產生有污染的物質，同時反應的原子利用率要高；
（4）根據銅元素質量守恒進行計算；
（5）根據實驗中的酸和堿的量的情況來對比回答．

解答 解：Ⅰ．①使用容量瓶的第一步操作是檢查容量瓶是否漏水，
故答案為：查漏；
②若用上述儀器配制500mL 2mol•L^-1的NaCl溶液，需要的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、500mL容量瓶、膠頭滴管等，還缺少的玻璃儀器是：燒杯、玻璃棒、膠頭滴管，
故答案為：玻璃棒；膠頭滴管；
③若用上述儀器測定中和熱，則缺少的玻璃儀器為：燒杯、環形玻璃攪拌棒，
故答案為：環形玻璃攪拌棒；
④用上述儀器進行中和滴定，則缺少的儀器是：錐形瓶，
故答案為：錐形瓶；
Ⅱ．含有鋁、鐵、銅的合金加入氫氧化鈉溶解，只有鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，所以濾渣B為鐵和銅，再經稀硫酸反應過濾的濾液為氯化亞鐵，進一步轉化成綠礬，濾渣F為銅單質，進一步轉化成膽礬；濾液A則為偏鋁酸鈉溶液，加過量鹽酸經途徑Ⅰ生成氯化鋁溶液，而濾液A通足量氣體C經途徑Ⅱ生成沉淀D，根據氫氧化鋁只溶于強酸強堿，所以氣體C為二氧化碳，沉淀D為氫氧化鋁，與鹽酸反應生成氯化鋁溶液，
（1）途徑Ⅰ偏鋁酸鈉和過量的鹽酸反應生成氯化鋁和氯化鈉的混合物，而途徑Ⅱ向偏鋁酸鈉中通入足量的二氧化碳，會得到純凈的氫氧化鋁沉淀，再用鹽酸溶解，所得溶液的成分只有氯化鋁，所以途徑Ⅱ更合理；鋁、鐵、銅的合金中只有金屬鋁可以和強堿反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，所以濾液A的成分是偏鋁酸鈉，可以和過量的二氧化碳反應生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，實質為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：Ⅱ；因為濾液A是偏鋁酸鈉和氫氧化鈉溶液，按途徑I直接向A中加入鹽酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的氯化鈉雜質；按途徑II通入二氧化碳氣體，得Al（OH）₃沉淀，將Al（OH）₃溶解于鹽酸中得到的是純凈的AlCl₃溶液；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（2）綠礬晶體中有結晶水，溫度過高會使結晶水失去，所以將混合液來制備綠礬時應先將溶液加熱濃縮、然后冷卻結晶，即可得到綠礬，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾；
（3）F為銅單質，從“綠色化學”角度考慮，反應中不產生有污染的物質，同時反應的原子利用率要高，所以F制備膽礬晶體最佳方案為先將銅與空氣中的氧氣反應生成氧化銅，再用硫酸與氧化銅反應生成硫酸銅，反應方程式為2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，
故答案為：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
（4）20g含Cu 16%的合金中含有銅的物質的量為$\frac{20×16%}{64}$mol=0.05mol，根據銅元素守恒可知，制得膽礬晶體的質量為250g/mol×0.05mol=12.5g，
故答案為：12.5；
（5）在實驗方案一中，酸的量的控制上沒有過高的要求，只需過量即可，但是方案二中，需要的是適量的酸，這很難控，
故答案為：后者的方案不合理；因為該方案不符合實驗方案設計的簡約性原則，即操作步驟多、試劑消耗量大、作用時間長．

點評 本題考查了常見儀器的使用方法、物質的分離和提純等知識，題目難度中等，試題涉及的題量稍大，知識點較多，充分考查了學生分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．