Question

6．某化學興趣小組用含有鋁、鐵、銅的合金制取純凈的氯化鋁溶液、綠礬晶體和膽礬晶體，以探索工業廢料的再利用．其實驗方案如下：

回答下列問題：
（1）寫出合金與燒堿溶液反應的離子方程式2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，有人認為合金與燒堿溶液形成了原電池，則作為原電池負極的物質是Al．
（2）由濾液A制AlCl₃溶液的途徑有①和②兩種，你認為合理的是途徑②．由AlCl₃溶液獲得AlCl₃晶體的方法是將溶液低溫蒸發濃縮過濾，所得固體在氯化氫的氛圍里蒸干．
（3）用粗制氧化銅通過兩種途徑制取膽礬，與途徑③相比，途徑④明顯具有的兩個優點是：產生等量膽礬途徑④消耗硫酸少、途徑④不會產生污染大氣的氣體．
（4）通過途徑④實現用粗制氧化銅制取膽礬，必須進行的實驗操作步驟：酸溶、加熱通氧氣、過濾、加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、自然干燥．其中“加熱通氧氣”所起的作用為2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O（用離子方程式表示）．
（5）在測定所得膽礬（CuSO₄•xH₂O）中結晶水x值的實驗過程中：稱量操作至少進行4次．若測定結果x值偏高，可能的原因是aef．
a．加熱溫度過高            b．膽礬晶體的顆粒較大
c．加熱后放在空氣中冷卻     d．膽礬晶體部分風化
e．加熱時膽礬晶體飛濺出來   f．所用坩堝事先未干燥（潮濕）

Answer 1

分析 含有鋁、鐵、銅的合金加入足量的氫氧化鈉溶解，只有鋁與氫氧化鈉溶液反應，所以濾渣B為鐵和銅，濾液中含有偏鋁酸鈉與剩余的NaOH，途徑①加入足量的鹽酸得到氯化鋁溶液，途徑②通入二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁用鹽酸溶解得到氯化鋁．濾渣B中用稀硫酸溶解，Cu不反應，過濾分離，濾渣F為Cu、濾液E中含有硫酸亞鐵，經過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作得到綠礬．粗制氧化銅反應得到硫酸銅，再經過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作得到藍礬．
（1）Al與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣；合金與燒堿溶液形成了原電池，Fe、Cu不與氫氧化鈉溶液溶液，則Al作負極；
（2）途徑①所得的溶液中含有NaCl；應防止氯化鋁溶液在加熱蒸發過程中水解；
（3）根據消耗硫酸用量及是否生成污染空氣的氣體分析；
（4）酸性條件下，氧氣與粗制氧化銅中的Cu反應得到Cu²⁺，過濾除去不溶物后，經過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作得到藍礬；
（5）先稱量樣品與坩堝質量，再加熱分解，稱量加熱后總質量，兩次處理誤差在系統誤差范圍內，說明完全失去結晶水；
a．加熱溫度過高，硫酸銅可能分解；
b．膽礬晶體的顆粒較大，結晶水不能完全失去；
c．加熱后放在空氣中冷卻，有吸收空氣中水蒸氣；
d．膽礬晶體部分風化，晶體中結晶水的質量偏小；
e．加熱時膽礬晶體飛濺出來，失去的晶體全部按結晶水質量計算；
f．所用坩堝事先未干燥（潮濕），沉淀結晶水的質量偏大．

解答 解：含有鋁、鐵、銅的合金加入足量的氫氧化鈉溶解，只有鋁與氫氧化鈉溶液反應，所以濾渣B為鐵和銅，濾液中含有偏鋁酸鈉與剩余的NaOH，途徑①加入足量的鹽酸得到氯化鋁溶液，途徑②通入二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁用鹽酸溶解得到氯化鋁．濾渣B中用稀硫酸溶解，Cu不反應，過濾分離，濾渣F為Cu、濾液E中含有硫酸亞鐵，經過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作得到綠礬．粗制氧化銅反應得到硫酸銅，再經過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作得到藍礬．
（1）Al與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，合金與燒堿溶液形成了原電池，Fe、Cu不與氫氧化鈉溶液溶液，則Al作負極，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；Al；
（2）途徑①所得的溶液中含有NaCl，途徑②是利用氫氧化鋁與鹽酸反應得到氯化鋁，制得氯化鋁比較純，途徑②更合理，氯化鋁溶液在加熱蒸發過程中應防止水解，具體操作為：將溶液低溫蒸發濃縮過濾，所得固體在氯化氫的氛圍里蒸干，
故答案為：途徑②；將溶液低溫蒸發濃縮過濾，所得固體在氯化氫的氛圍里蒸干；
（3）途徑③中Cu會與濃硫酸反應生成硫酸銅與二氧化硫，途徑④中Cu與硫酸、氧氣反應生成硫酸銅，與途徑③相比，途徑④明顯具有的兩個優點是：產生等量膽礬途徑④消耗硫酸少、途徑④不會產生污染大氣的氣體，
故答案為：產生等量膽礬途徑④消耗硫酸少、途徑④不會產生污染大氣的氣體；
（4）酸性條件下，氧氣與粗制氧化銅中的Cu反應得到Cu²⁺，反應離子方程式為：2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O，過濾除去不溶物后，經過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作得到藍礬，
故答案為：加熱濃縮、過濾；2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O；
（5）先稱量樣品與坩堝質量，再加熱分解，稱量加熱后總質量，兩次處理誤差在系統誤差范圍內，說明完全失去結晶水，至少進行4次質量稱量；
a．加熱溫度過高，硫酸銅可能分解，測定結晶水質量偏大，導致x值偏高；
b．膽礬晶體的顆粒較大，結晶水不能完全失去，測定結晶水質量偏小，導致x值偏低；
c．加熱后放在空氣中冷卻，有吸收空氣中水蒸氣，測定結晶水質量偏小，導致x值偏低；
d．膽礬晶體部分風化，晶體中結晶水的質量偏小，導致x值偏低；
e．加熱時膽礬晶體飛濺出來，失去的晶體全部按結晶水質量計算，測定結晶水質量偏大，導致x值偏高；
f．所用坩堝事先未干燥（潮濕），沉淀結晶水的質量偏大，導致x值偏高，
故答案為：4；aef．

點評 本題考查物質制備工藝流程，涉及多操作的分析評價、物質的分離提純、物質含量測定等，側重于學生的分析能力、實驗能力的考查，為高考常見題型，注意把握實驗的操作原理和步驟，難度中等．