Question

5．某工廠的廢金屬屑的主要成分為鋁、鐵和銅，某化學興趣小組在學習了元素及其化合物的相關知識后，設計了如圖1實驗流程，用該工廠的金屬廢料制取氯化鋁、綠礬晶體（FeSO₄•7H₂O）和膽礬晶體（CuSO₄•5H₂O）．

請回答：
（1）寫出步驟Ⅱ反應的離子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（2）步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ進行的實驗操作中均需用到的玻璃儀有燒杯、玻璃棒、漏斗．
（3）進行步驟Ⅱ時，該小組用如圖2所示裝置及試劑制取CO₂并將制得的氣體通入溶液A中一段時間后，觀察到燒杯中產生的白色沉淀會逐漸減少，原因是由裝置a制取的CO₂中含HCl氣體，通入溶液A中會溶解Al（OH）₃．
（4）從溶液E得到綠礬晶體的實驗操作是蒸發濃縮、冷卻結晶過濾．
（5）用固體F制備CuSO₄溶液，可設計如圖3三種途徑：寫出途徑③中反應的化學方程式：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，用途徑 ①制備CuSO₄溶液時，混酸中硫酸和硝酸的最佳物質的量之比為3：2．

Answer 1

分析 鋁、鐵和銅的合金中只有金屬鋁可以和氫氧化鈉反應，過濾后，得到溶液A含有NaAlO₂，固體B為Cu和Fe．溶液A中通入過量的二氧化碳可以得到氫氧化鋁沉淀與碳酸氫鈉，過濾分離，得到C為Al（OH）₃，D為NaHCO₃溶液，固體B用試劑X反應，過濾分離得到溶液E，溶液E蒸發濃縮、冷卻結晶可以獲得綠礬晶體，可知試劑X為稀硫酸，E為FeSO₄，F為Cu，Cu轉化得到硫酸銅，CuSO₄溶液蒸發濃縮、冷卻結晶可以獲得膽礬晶體，
（1）步驟Ⅱ中偏鋁酸鈉與二氧化碳反應生成Al（OH）₃與NaHCO₃；
（2）由上述分析可知，步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均是固體和液體的分離操作，都用到過濾操作，過濾用到的玻璃儀有燒杯、玻璃棒、漏斗；
（3）鹽酸具有揮發性，揮發出的HCl導致氫氧化鋁溶解；
（4）從溶液中獲得晶體，需要經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等操作；
（5）途徑③中Cu與濃硫酸反應生成 硫酸銅、二氧化硫與水；途徑①中Cu與混酸反應生成銅鹽、NO與水，反應離子方程式為：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，根據反應的離子方程式可計算出混酸中硫酸和硝酸的最佳物質的量之比．

解答 解：（1）步驟Ⅱ中偏鋁酸鈉與二氧化碳反應生成Al（OH）₃與NaHCO₃，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^-；
（2）由上述分析可知，步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均是固體和液體的分離操作，都用到過濾操作，過濾用到的玻璃儀有燒杯、玻璃棒、漏斗，
故答案為：燒杯、玻璃棒、漏斗；
（3）鹽酸具有揮發性，由裝置a制取的CO₂中含HCl氣體，通入溶液A中會溶解Al（OH）₃，
故答案為：由裝置a制取的CO₂中含HCl氣體，通入溶液A中會溶解Al（OH）₃；
（4）從硫酸銅溶液中獲得晶體，需要經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（5）途徑③中Cu與濃硫酸反應生成 硫酸銅、二氧化硫與水，反應化學方程式為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
途徑①中Cu與混酸反應生成銅鹽、NO與水，反應離子方程式為：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，根據反應的離子方程式可知，硝酸根與氫離子的物質的量之比為2：8=1：4，所以混酸中硫酸和硝酸的最佳物質的量之比3：2，
故答案為：Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；3：2．

點評 本題考查實驗制備方案、物質的分離和提純、對方案的分析評價等，關鍵是理解工藝流程原理，是對學生綜合能力的考查，題目難度中等．