Question

(16分)某工厂的废金属屑中主要成分为Cu、Fe和Al，此外还含有少量Al₂O₃和Fe₂O₃，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，用该工厂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       。由溶液D是     。

（3）在步骤Ⅱ时，用如图装置制取CO₂并通入溶液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）溶液E中加入KSCN溶液无明显现象，表明滤液中不存在Fe³⁺，用离子方程式解释其可能的原因          。

（5）用固体F继续加入热的稀H₂SO₄，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO₄溶液；写出反应的化学方程式              ，

（6）工业上常用溶液E经进一步处理可制得净水剂Na₂FeO₄，流程如下：

①测得溶液E中c(Fe²⁺) 为0.2 mol·L^-1，若要处理1 m³溶液E，理论上需要消耗25 % 的H₂O₂溶液___kg。

②写出由Fe(OH)₃制取Na₂FeO₄的离子方程式____ _______。

Answer

（1）2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑ Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O；

（2）稀硫酸（1分）；NaHCO3（1分）

（3）a,b间加一个盛有饱和NaHCO3的洗气瓶，除去HCl. ；（4）2Fe3++Fe=3Fe2+

（5）2Cu+O2+ 2H2SO42CuSO4+2H2O

（6）①13.6kg； ② 2Fe(OH)3+3NaClO+4NaOH＝2Na2FeO4+3NaCl+5H2O。

【解析】

试题分析：（1）在废金属屑中含有Cu、Fe、Al、Al2O3、Fe2O3，当加入过量NaOH溶液时，只有Al、Al2O3可以发生反应，所以步骤Ⅰ反应的离子方程式是2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑ ； Al2O3+ 2OH-= 2AlO2-+H2O；（2）把混合物过滤，得到的固体B中含有Cu、Fe、Fe2O3，向其中加入过量的稀硫酸，发生反应：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O；Fe2(SO4)3+Fe= 3FeSO4；Fe2(SO4)3+Cu= 2FeSO4+ CuSO4 ; Fe+ H2SO4=FeSO4+H2↑;试剂X是H2SO4；过滤得到滤液E含有FeSO4、CuSO4；固体F中含有Cu，用热的浓硫酸溶解得到CuSO4溶液，也可以用固体F继续加入热的稀H2SO4，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO4溶液；（3）溶液A中含有NaOH、NaAlO2；向其中通入过量的CO2，发生反应产生Al(OH)3沉淀和可溶性物质NaHCO3，溶液D是NaHCO3，固体C是Al(OH)3沉淀，用盐酸溶解得到AlCl3；然后在HCl的气氛中加热蒸发得到无水AlCl3；（3）在步骤Ⅱ时，用如图装置制取CO2并通入溶液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，这是由于浓盐酸有挥发性，在制取的CO2气体中含有杂质HCl。为了避免固体C减少，可采取的改进措施是a,b间加一个盛有饱和NaHCO3的洗气瓶，除去HCl；（4）溶液E中加入KSCN溶液无明显现象，表明滤液中不存在Fe3+，是因为Fe3+有氧化性，发生了反应2Fe3++Fe=3Fe2+，变为Fe2+，（5）用固体F继续加入热的稀H2SO4，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO4溶液；反应的化学方程式是2Cu+O2+ 2H2SO4 2CuSO4+2H2O；（6）①Fe2+与H2O2反应的方程式是：2Fe2++H2O2+2H+= 2Fe3++2H2O，由于n(Fe2+)=0.2 mol/L×1×103 L=200mol,则根据方程式可知需要H2O2的物质的量是100mol,所以理论上需要消耗的H2O2溶液(100mol×34g/mol)÷25 %=13600g=13.6Kg；②根据图示可知由Fe(OH)3制取Na2FeO4的离子方程式是2Fe(OH)3+ 3NaClO+ 4NaOH＝2Na2FeO4+3NaCl+5H2O。

考点：考查反应试剂的选择、物质成分的确定、实验操作方法、化学方程式和离子方程式的书写及有关化学方程式的计算的知识。