Question

6．鋁、鐵、銅及其合金具有廣泛的應用，某學校化學興趣小組為探究金屬回收物的綜合利用，專門設計實驗用含有鋁、鐵、銅的合金制取純凈的AlCl₃溶液和膽礬晶體（CuSO₄•5H₂O），其實驗方案如下：

請回答下列問題：
（1）將合金研磨成合金粉的目的是增大反應物的接觸面積，使反應速率加快．
（2）寫出步驟I中發生反應的化學方程式：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
（3）硫酸銅溶液經過“一系列步驟”制得膽礬，此“一系列步驟”依次為蒸發濃縮、冷卻結晶、和過濾．
（4）在濾液B轉化為沉淀E的過程中鹽酸的用量不易控制，可將加入適量的鹽酸改為通入一種氣體，該氣體的電子式為，寫出更改試劑（氣體過量）后生成沉淀E所發生反應的離子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（5）該小組成員從資料中獲知H₂O₂是一種綠色氧化劑，在濾渣D中加入稀硫酸和H₂O₂可制得CuSO₄，寫出該反應的離子方程式：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O．
（6）下面兩種方法也可以制備硫酸銅：
方法一：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O
方法二：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O
假如某工廠欲生產CuSO₄，請選擇一種方法，并說明理由：方法一中硫酸原料利用率高，對環境污染小．

Answer 1

分析 合金中鋁具有兩性，能與氫氧化鈉反應，故濾渣A是金屬Fe和金屬Cu，濾液中含有偏鋁酸根離子，濾渣A中加入稀硫酸F溶解，Cu不溶解，故濾渣D使金屬Cu，濾液C中含有亞鐵離子，濾液B中加入適量HCl生成氫氧化鋁沉淀，再加入適量鹽酸變為氯化鋁溶液；
（1）研磨成粉末可以增大反應物的接觸面積，從化學反應速率方面考慮即可；
（2）鋁、鐵和銅三種金屬中，只有金屬鋁能與氫氧化鈉溶液反應，依據氧化還原反應原理書寫方程式即可；
（3）從溶液中得到固體物質需經過：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾和洗滌操作，據此解答即可；
（4）氫氧化鋁具有兩性，即溶于強酸也溶于強堿，但是不溶于弱酸，據此解答即可；
（5）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；
（6）依據兩個方案的生成物和反應物的用量以及是否有污染進行分析．

解答 解：（1）把合金研磨成合金粉，即把塊狀固體研磨成細小的顆粒，增大了反應物的接觸面積，有利于反應進行，即加快了化學反應速率，故答案為：增大反應物的接觸面積，使反應速率加快；
（2）三種金屬只有金屬鋁是兩性金屬，與氫氧化鈉的溶液反應，反應生成氫氣、偏鋁酸鈉，化學反應方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（3）從溶液中得到固體物質需經過：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾和洗滌操作，故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（4）偏鋁酸鈉溶于過量的HCl會直接生成氯化鋁而得不到氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁不溶于弱酸，故利用碳酸的弱酸性代替HCl，此氣體為二氧化碳，電子式為，偏鋁酸鈉中通入過量的二氧化碳氣體生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，離子反應方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）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，離子反應方程式為Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O，
故答案為：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；
（6）銅與濃硫酸反應生成有毒有污染的二氧化硫氣體，若銅先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，不會產生污染大氣的氣體，該過程原料利用率高，所以方案一最佳，故答案為：方案一中硫酸原料利用率高，對環境污染小．

點評 本題是對物質的分離和提純知識點的考查，題目難度不是很大，掌握常見物質的制取方法以及氧化還原反應原理是解決本題的關鍵，注意整理．