Question

9．某工廠的廢金屬屑中主要成分為Cu、Fe和Al，此外還含有少量Al₂O₃和Fe₂O₃，為探索工業廢料的再利用，某化學興趣小組設計了如下實驗流程，用該工廠的合金廢料制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO₄•7H₂O）和膽礬晶體．
請回答：
（1）寫出步驟Ⅰ反應的離子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O
（2）試劑X是稀硫酸．由溶液D是NaHCO₃
（3）在步驟Ⅱ時，用如圖裝置制取CO₂并通入溶液A中．
一段時間后，觀察到燒杯中產生的白色沉淀會逐漸減少．為了避免固體C減少，可采取的改進措施是在裝置I和Ⅱ之間增加一個盛有飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶
（4）溶液E中加入KSCN溶液無明顯現象，表明濾液中不存在Fe³⁺，用離子方程式解釋其可能的原因Fe³⁺被Fe、Cu氧化生成Fe²⁺．
（5）用固體F繼續加入熱的稀H₂SO₄，同時不斷鼓入空氣，固體溶解得CuSO₄溶液；寫出反應的化學方程式2Cu+O₂+2H₂OS₄=2CuSO₄+2H₂O
（6）工業上常用溶液E經進一步處理可制得凈水劑Na₂FeO₄，流程如下：

①測得溶液E中c（Fe²⁺） 為0.2 mol•L^-1，若要處理1 m³溶液E，理論上需要消耗25% 的H₂O₂溶液13.6kg．
②寫出由Fe（OH）₃制取Na₂FeO₄的離子方程式2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+5H₂O+3Cl^-．

Answer 1

分析 Fe、Cu、Fe₂O₃都不與NaOH溶液反應，Al和Al₂O₃可與NaOH溶液反應，用含有Al、Fe、Cu和Al₂O₃和Fe₂O₃的廢金屬屑制取AlCl₃、綠礬晶體（FeSO₄•7H₂O）和膽礬晶體流程為：合金中Al、Al₂O₃與NaOH反應，所得濾液A為NaAlO₂溶液，經途徑Ⅱ與足量二氧化碳發生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，反應可生成Al（OH）₃固體C，生成的Al（OH）₃再和鹽酸反應生成AlCl₃，得到的AlCl₃較純凈；溶液D為NaHCO₃溶液；
濾渣B為Fe和Cu的化合物，加入足量稀硫酸，得到的濾液E為FeSO₄，經蒸發濃縮、冷卻結晶可得到綠礬，濾渣F為Cu，可用于制備膽礬，據此分析解答．

解答 解：Fe、Cu、Fe₂O₃都不與NaOH溶液反應，Al和Al₂O₃可與NaOH溶液反應，用含有Al、Fe、Cu和Al₂O₃和Fe₂O₃的廢金屬屑制取AlCl₃、綠礬晶體（FeSO₄•7H₂O）和膽礬晶體流程為：合金中Al、Al₂O₃與NaOH反應，所得濾液A為NaAlO₂溶液，經途徑Ⅱ與足量二氧化碳發生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，反應可生成Al（OH）₃固體C，生成的Al（OH）₃再和鹽酸反應生成AlCl₃，得到的AlCl₃較純凈；溶液D為NaHCO₃溶液；
濾渣B為Fe和Cu的化合物，加入足量稀硫酸，得到的濾液E為FeSO₄，經蒸發濃縮、冷卻結晶可得到綠礬，濾渣F為Cu，可用于制備膽礬，
（1）鋁、氧化鋁與氫氧化鈉反應，所得濾液A為NaAlO₂溶液，反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（2）金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應，金屬銅和稀硫酸之間不反應，但是金屬鐵可以和稀硫酸之間反應生成硫酸亞鐵和氫氣，進而制的綠礬晶體，所以試劑X為稀硫酸；溶液D為NaHCO₃溶液，
故答案為：稀硫酸；NaHCO₃；
（3）進行步驟Ⅱ時，該小組用如圖2所示裝置及試劑將制得的CO₂氣體通入溶液A中．一段時間后，觀察到燒杯中產生的白色沉淀逐漸減少，其原因是二氧化碳氣體中含有從鹽酸中揮發出的HCl氣體，氯化氫在水中溶解了部分沉淀，發生的反應為Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O，為了避免固體C減少，可在制取二氧化碳的收集裝置中增加一個洗去HCl的裝置，二氧化碳在飽和NaHCO₃中不溶，氯化氫和NaHCO₃反應生成二氧化碳氣體，所以可在裝置I和Ⅱ之間增加一個盛有飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶，除去二氧化碳中的氯化氫，
故答案為：在裝置I和Ⅱ之間增加一個盛有飽和NaHCO₃溶液的洗氣瓶；
（4）溶液E中加入KSCN溶液無明顯現象，表明濾液中不存在Fe³⁺，原因是Fe³⁺被Fe、Cu氧化生成Fe²⁺，所以加入KSCN溶液沒有明顯現象，故答案為：Fe³⁺被Fe、Cu氧化生成Fe²⁺；
（5）用固體F繼續加入熱的稀H₂SO₄，同時不斷鼓入空氣，固體溶解得CuSO₄溶液，說明在加熱條件下，Cu、氧氣和稀硫酸發生氧化還原反應生成硫酸銅和水，反應的化學方程式為2Cu+O₂+2H₂OS₄=2CuSO₄+2H₂O，
故答案為：2Cu+O₂+2H₂S₄=2CuSO₄+2H₂O；
（6）E為FeSO₄，E被雙氧水氧化生成Fe₂（SO₄）₃，然后調節溶液pH，將Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，將沉淀溶于NaClO、NaOH溶液中得到Na₂FeO₄，
①測得溶液E中c（Fe²⁺） 為0.2 mol•L^-1，若要處理1 m³溶液E，n（Fe²⁺）=0.2mol/L×1000L=200mol，
根據轉移電子守恒得n（H₂O₂）=$\frac{200mol×1}{2}$=100mol，
理論上需要消耗25% 的H₂O₂溶液質量=100mol×34g/mol÷25%=3400g=13.6kg，
故答案為：13.6；
②由Fe（OH）₃制取Na₂FeO₄的離子方程式為2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+5H₂O+3Cl^-，故答案為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+5H₂O+3Cl^-．

點評 本題考查物質制備，為高頻考點，涉及氧化還原反應、化學方程式的計算、離子檢驗、基本操作等知識點，明確化學反應原理及物質性質、基本操作是解本題關鍵，知道流程圖中可能存在的反應及基本操作方法，知道每一種物質的成分，題目難度中等．