Question

3．某學(xué)校化學(xué)興趣小組為探索金屬回收物的綜合利用，專門設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用含有鋁、鐵、銅的合金制取純凈的氯化鋁溶液、綠礬晶體（FeSO₄•7H₂O）和膽礬晶體（CuSO₄•5H₂O），其實(shí)驗(yàn)方案如下：

請回答下列問題：
（1）過濾用的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒．
（2）在濾液C轉(zhuǎn)化為沉淀Ⅱ的過程中鹽酸的用量不易控制，可改為通CO₂氣體，寫出濾液C中通入過量CO₂的離子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．寫出由沉淀Ⅱ轉(zhuǎn)化為AlCl₃溶液的離子方程式：Al（OH）₃+3H⁺═Al³⁺+3H₂O．
（3）小組成員經(jīng)過檢測，發(fā)現(xiàn)制得的綠礬不純，試分析其主要含有哪些雜質(zhì)：氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鐵，要想由沉淀Ⅰ最終制得純度較高的綠礬，應(yīng)如何改進(jìn)向溶液D中加入足量鐵粉，反應(yīng)后過濾，再將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾即可得純度較高的綠礬
（4）小組成員從資料中獲知H₂O₂是一種綠色氧化劑，在濾渣B中加入稀硫酸和H₂O₂來制備膽礬晶體，則該反應(yīng)的總化學(xué)方程式為Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O═CuSO₄•5H₂O（或Cu+H₂O₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O．
（5）有同學(xué)提出可將方案中最初溶解合金的鹽酸改為燒堿，重新設(shè)計(jì)方案，也能最終制得三種物質(zhì)，你認(rèn)為第二種方案相對于第一種方案更合理（填“更合理”或“不合理”），理由是一種方案操作步驟多、時間長、消耗試劑量大．

Answer 1

分析 合金鋁、鐵、銅加入足量鹽酸溶解后過濾，得到濾液A為氯化鋁、氯化亞鐵，加入足量氫氧化鈉溶液過濾得到濾液C為偏鋁酸鈉溶液，加入適量鹽酸過濾得到氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁加入鹽酸溶解生成氯化鋁溶液；沉淀Ⅰ為氫氧化亞鐵，加入硫酸生成硫酸亞鐵，溶液D蒸發(fā)結(jié)晶得到綠礬晶體，
（1）根據(jù)過濾實(shí)驗(yàn)用到的儀器來回答；
（2）濾液C中含有偏鋁酸鈉，通入過量CO₂生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，沉淀Ⅱ?yàn)闅溲趸�鋁，與鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為AlCl₃溶液；
（3）制得的綠礬不純，部分亞鐵離子被氧化為鐵離子，要想由沉淀I最終制得純度較高的綠礬，需要向D溶液中加入過量鐵粉還原鐵離子過濾后溶液通過操作得到晶體；
（4）銅、稀硫酸、雙氧水的性質(zhì)來判斷反應(yīng)的發(fā)生，并結(jié)合質(zhì)量守恒定律寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的酸和堿的量的情況來對比回答．

解答 解：合金鋁、鐵、銅加入足量鹽酸溶解后過濾，得到濾液A為氯化鋁、氯化亞鐵，加入足量氫氧化鈉溶液過濾得到濾液C為偏鋁酸鈉溶液，加入適量鹽酸過濾得到氫氧化鋁沉淀加入鹽酸溶解生成氯化鋁溶液；沉淀Ⅰ為氫氧化亞鐵，加入硫酸生成硫酸亞鐵溶液D蒸發(fā)結(jié)晶得到綠礬晶體，
（1）過濾實(shí)驗(yàn)用到的儀器有：濾紙、鐵架臺、鐵圈、燒杯、玻璃棒和漏斗，故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）濾液C中含有偏鋁酸鈉，通入過量CO₂生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，反應(yīng)的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，沉淀Ⅱ?yàn)闅溲趸�鋁，與鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為AlCl₃溶液，反應(yīng)的離子方程式為Al（OH）₃+3H⁺═Al³⁺+3H₂O，
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；Al（OH）₃+3H⁺═Al³⁺+3H₂O；
（3）發(fā)現(xiàn)制得的綠礬不純，含有氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鐵，是因?yàn)閬嗚F離子被氧化為鐵離子，要想由沉淀I最終制得純度較高的綠礬，需要向D溶液中加入過量鐵粉還原鐵離子為亞鐵離子，過濾得到溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到綠礬晶體；
故答案為：氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鐵；向溶液D中加入足量鐵粉，反應(yīng)后過濾，再將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾即可得純度較高的綠礬；
（4）銅與濃硫酸反應(yīng)生成有毒有污染的二氧化硫氣體，若銅先和氧氣反應(yīng)生成氧化銅，然后氧化銅會和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，不會產(chǎn)生污染大氣的氣體，該過程原料利用率高，所以途徑②最佳，Cu中加入稀硫酸和H₂O₂可以制備膽礬晶體，反應(yīng)方程式為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O═CuSO₄•5H₂O（或Cu+H₂O₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O，
故答案為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O═CuSO₄•5H₂O（或Cu+H₂O₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O）；
（5）在實(shí)驗(yàn)原方案中，需要的是適量的酸，且步驟繁瑣，這很難控制，改用燒堿，首先分離出來鋁，然后加入硫酸，分離出鐵，最后得銅的化合物，故比較合理，
故答案為：更合理；前一種方案操作步驟多、時間長、消耗試劑量大．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的制備，為高考常見題型，題目涉及常見儀器的使用方法、物質(zhì)的分離和提純等知識，難度中等，試題涉及的題量稍大，知識點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力．