Question

為探索工業廢料的再利用，某化學興趣小組設計了如圖1實驗方案，用含有鋁、鐵和銅的合金制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO₄?7H₂O）和膽礬晶體．     

請回答：
（1）步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需進行的實驗操作是

 

，該操作中除用到燒杯和玻璃棒外，還必須用到的玻璃儀器有

 

．
（2）試劑X是

 

．
（3）步驟Ⅱ中發生反應的離子方程式是：

 

．
（4）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，為了避免固體C減少，改進的措施是在裝置Ⅰ、Ⅱ之間增加一個

 

．
（5）溶液D中各離子的濃度由大到小的順序為：

 

．
（6）工業上由X和F制得CuSO₄，還必須使用的最恰當的試劑可以是

 

或

 

．
A．濃H₂SO₄   B．Fe₂O₃     C．HNO₃     D．O₂      E．H₂O₂．

Answer 1

考點：常見金屬元素的單質及其化合物的綜合應用,物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題,元素及其化合物

分析：鋁、鐵和銅的合金中只有金屬鋁可以和氫氧化鈉之間反應生成溶液A偏鋁酸鈉，固體B是金屬鐵和金屬銅，A中通入過量的二氧化碳可以得到氫氧化鋁沉淀C和碳酸氫鈉溶液D，金屬鐵可以和硫酸之間發生反應生成硫酸亞鐵和氫氣，但是金屬銅和稀硫酸之間不反應，硫酸亞鐵溶液蒸發濃縮、冷卻結晶可以獲得綠礬晶體，金屬銅可以獲得膽礬晶體．
（1）固體和液體的分離用過濾法，過濾用到的儀器：燒杯、玻璃棒、漏斗等；
（2）根據步驟Ⅰ加過量的氫氧化鈉發生的反應以及金屬鐵、銅的性質區別進行解答；
（3）過量CO₂與偏鋁酸鈉溶液反應；
（4）制得的CO₂氣體中混有氯化氫氣體，用飽和的碳酸氫鈉除去；
（5）是飽和的碳酸氫鈉溶液，溶液呈堿性，水解程度大于電離程度；
（6）根據銅、稀硫酸的性質來判斷反應的發生，并結合產物一會原子的利用率來回答其優點．

解答： 解：鋁、鐵和銅的合金中只有金屬鋁可以和氫氧化鈉之間反應生成溶液A偏鋁酸鈉，固體B是金屬鐵和金屬銅，A中通入過量的二氧化碳可以得到氫氧化鋁沉淀C和碳酸氫鈉溶液D，金屬鐵可以和硫酸之間發生反應生成硫酸亞鐵和氫氣，但是金屬銅和稀硫酸之間不反應，硫酸亞鐵溶液蒸發濃縮、冷卻結晶可以獲得綠礬晶體，金屬銅可以獲得膽礬晶體．
（1）步驟Ⅰ加過量的氫氧化鈉，金屬鋁和氫氧化鈉反應，金屬鋁溶解其中生成偏鋁酸鈉溶液，金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應，將它們分離用過濾；步驟Ⅰ過濾得到的濾液成分為偏鋁酸鈉，步驟Ⅱ中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，溶液中的溶質為碳酸氫鈉，將它們分離用過濾；步驟Ⅲ中金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應，鐵和硫酸反應而金屬銅不反應將它們分離用過濾，過濾用到的玻璃儀器：燒杯、玻璃棒、漏斗等．
故答案為：過濾；漏斗；
（2）步驟Ⅰ加過量的氫氧化鈉，因鋁與堿反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應，所以溶液A中的離子主要有AlO₂^-、Na⁺、OH^-；本實驗的目的是用含有鋁、鐵和銅的合金制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO₄?7H₂O）和膽礬晶體，金屬鐵和金屬銅不與氫氧化鈉反應，鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵而金屬銅不反應，可以實現三種金屬的分離，所以試劑X是稀硫酸，
故答案為：稀硫酸；
（3）過量CO₂與偏鋁酸鈉溶液反應，離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）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氯化氫氣體，氯化氫在水中溶解了部分沉淀氫氧化鋁，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氯化氫的裝置，二氧化碳在飽和碳酸氫鈉中不溶，氯化氫和碳酸氫鈉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碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶，除去二氧化碳中的氯化氫，
故答案為：盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶；
（5）是飽和的碳酸氫鈉溶液，溶液呈堿性，水解程度大于電離程度，所以離子濃度大小順序為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-），故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（OH）＞c（H⁺）＞c（CO₃^2-）；
（6）銅不能和稀硫酸反應，但是當加熱并通入空氣之后，銅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，即2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，或者加入過氧化氫氧化不產生新的雜質，故答案為：DE．

點評：本題是對物質的分離和提純知識點的考查，注意掌握鋁、鐵和銅及其化合物的性質是解答本題的關鍵，題目難度不大．