Question

4．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：

試回答下列問題：
（1）過濾用的器材已有：濾紙、鐵架臺、鐵圈和燒杯，還要補充的玻璃儀器是玻璃棒、漏斗．
（2）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^-．
（3）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．
（4）寫出用濾渣F制備膽礬晶體的有關化學方程式Cu+H₂SO₄+3H₂O+H₂O₂=CuSO₄•5H₂O．
（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，（填“是”或“否”）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 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）根據以上分析，該流程需要過濾操作，所以還需的玻璃儀器為玻璃棒、漏斗；
（2）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，并書寫發生的反應；
（3）根據溶液來得到晶體來分析實驗操作；
（4）根據銅、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．

解答 解：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）根據以上分析，該流程需要過濾操作，所以還需的玻璃儀器為玻璃棒、漏斗，
故答案為：玻璃棒、漏斗；
（2）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^-；
（3）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；
（4）銅不能和稀硫酸反應，貼可以和硫酸反應，所以濾渣F是金屬銅，Cu中加入稀硫酸和H₂O₂可以制備膽礬晶體，反應方程式為Cu+H₂SO₄+3H₂O+H₂O₂=CuSO₄•5H₂O，故答案為：Cu+H₂SO₄+3H₂O+H₂O₂=CuSO₄•5H₂O；
（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 本題是對物質的分離和提純知識點的考查，題目難度中等，答題時注意靈活運用基礎知識和基本實驗操作方法．