Question

（12分）为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如下实验流程，用含有铝、铁和铜的合金废料制取氯化铝、绿矾晶体(FeSO₄·7H₂O)和胆矾晶体。

请回答：

（1）写出步骤Ⅰ反应的离子方程式：                                     。

（2）试剂X是         。步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需进行的实验操作是          。

（3）进行步骤Ⅱ时，该小组用如下图所示装置及试剂制取CO₂并将制得的气体通入溶液A中。一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少。为了避免固体C减少，可采取的改进措施是               。

（4）用固体F制备CuSO₄溶液，可设计以下三种途径：

写出途径①中反应的离子方程式                                  ，请选出你认为的最佳途径并说明选择的理由                                 。

Answer

（1）2Al+2OH—+2H2O=2AlO2－+3H2↑（2分）（2）稀硫酸或H2SO4（2分） 过滤（2分）

（3）在装置Ⅰ、Ⅱ之间增加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶（2分）

（4）3Cu+2NO3－+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O（2分）

途径②最佳，理由是原料利用率高，环境污染小（2分）

【解析】

试题分析：（1）在合金中含有铝、铁和铜，向其中加入过量的NaOH溶液，其中的Al会发生反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，步骤Ⅰ反应的离子方程式是：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，（2）而Fe、Cu不能发生反应，过滤出来；在固体B中含有Fe、Cu，向其中加入过量的硫酸，由于Fe的活动性在金属活动性顺序表H前边，而Cu位于H的后边，所以Fe发生反应产生FeSO4，而Cu仍然是固体，将二者通过过滤分离开来，滤液蒸发浓缩、冷却结晶，就得到绿矾；再向固体Cu中加入浓硫酸并加热，发生氧化还原反应产生CuSO4，将该溶液蒸发浓缩冷却结晶，就得到胆矾。向含有NaAlO2的滤液中通入过量的CO2气体，会产生Al(OH)3沉淀和NaHCO3溶液，将沉淀和溶液通过过滤分离开，将沉淀沉淀后用适量的盐酸溶解得到AlCl3溶液，最后在HCl的气氛中加热蒸发水分得到固体AlCl3。所以X是稀硫酸；步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需进行的实验操作是过滤；（3）由于盐酸有挥发性，在制取的CO2气体中含有杂质HCl,所以直接进行步骤Ⅱ时制取CO2并将制得的气体通入溶液A中。一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少。为了避免固体C减少，应该先将杂质HCl除去，可采取的改进措施是在装置Ⅰ、Ⅱ之间增加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶；（4）在途径①中，Cu与稀硫酸、稀硝酸的混合物反应的离子方程式是：3Cu+2NO3－+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O；在途径①中会产生有毒气体NO，不环保；在途径②中，Cu与氧气加热产生CuO,再用酸溶解，得到硫酸铜，不仅无污染，而且原料的利用率也高；在途径③中发生反应：Cu＋2H2SO4(浓) CuSO4＋SO2↑＋2H2O，会产生大气污染物SO2，而且原料的利用率也降低，因此三种方法比较，最好的是方法②。

考点：考查物质的综合利用的知识，主要包括方案的设计、物质的选择、方法的比较、方程式的书写。