Question

某厂的酸性工业废水中含有一定量的Na^＋、Al^3＋、Fe^3＋、Cu^2＋、Cl^－。该厂利用如图所示的工艺流程图，利用常见的气体氧化物、酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中生产出了氯化铁、氧化铝、NaCl晶体和金属铜，产生了很好的社会经济效益。

请填写下列空白：

（1）图中试剂1是________，试剂2是________。试剂4最好是________。

（2）步骤1和步骤2所用到的玻璃仪器是________________。

（3）步骤1反应的离子方程式为________________________。

（4）步骤5反应的离子方程式为________________________。

（5）Al(OH)₃可用以下三种途径制备

①AlNaAlO₂Al(OH)₃      ②AlAl₂(SO₄)₃Al(OH)₃

③

上述三途径制备Al(OH)₃你认为最佳途径是             ，理由是                     。

Answer

（1）铁屑、盐酸、CO2（1分）；（2）玻璃棒、漏斗、烧杯（1分）；

（3）Fe+2Fe3+=3Fe2+，Fe+Cu2+=Cu+Fe2+(各1分)；（4）AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-(2分)；

（5）③（1分）；途径③便于控制反应物的用量，且节省NaOH和H2SO4的用量（2分）。

【解析】

试题分析：某厂的酸性工业废水中含有一定量的Na＋、Al3＋、Fe3＋、Cu2＋、Cl－，向其中加入足量的还原铁粉，发生反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+，Fe+Cu2+=Cu+Fe2+，Fe+2H+=Fe2++H2↑,得到的滤渣中含有Fe及过量的Cu，然后向其中加入盐酸，由于Fe是比较活泼的金属，可以与盐酸发生反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑,而Cu不能发生反应，过滤，得到的沉淀B是Cu，溶液B是FeCl2，向其中加入双氧水，发生氧化还原反应：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，就得到了氯化铁；在溶液A中含有Na＋、Al3＋、Fe2＋、Cl－，向其中加入足量的NaOH溶液，发生反应：Fe2＋+2OH-=Fe(OH)2↓, Al3＋+4OH-=AlO2-+2H2O，产生的沉淀C是Fe(OH)2，在溶液C中含Na＋、AlO2-、Cl－，然后小其中通入足量CO2气体，发生反应：AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-，产生的沉淀D是Al(OH)3，把Al(OH)3洗涤煅烧发生分解反应产生Al2O3；在溶液D中含有Na+、Cl-、HCO3-，经处理得到NaCl晶体。（1）图中试剂1是Fe粉，试剂2是盐酸。使溶液中的AlO2-转化为Al(OH)3沉淀，由于氢氧化铝是两性氢氧化物，为防止产生的氢氧化铝在溶解变为Al3+，试剂4最好是是弱酸，向溶液中通入CO2气体；（2）步骤1和步骤2都是过滤，所用到的玻璃仪器是玻璃棒、漏斗、烧杯；（3）步骤1反应的离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe2+，Fe+Cu2+=Cu+Fe2+；（4）步骤5反应的离子方程式为AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-；（5） ①2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；2NaAlO2+H2SO4+H2O=Na2SO4+2Al(OH)3↓。制取2mol Al(OH)3需要消耗2molNaOH、1mol H2SO4；②2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑；Al2(SO4)3+ 6NaOH=2Al(OH)3↓+3 Na2SO4。制取2mol Al(OH)3需要消耗6molNaOH、3mol H2SO4；③2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑；Al2(SO4)3+6NaAlO2=8Al(OH)3↓+ 3Na2SO4。制取8mol Al(OH)3需要消耗6molNaOH、3mol H2SO4；则制取2mol Al(OH)3需要消耗1．5molNaOH、0．75mol H2SO4；可见在上述三种方法中途径③不仅消耗的原料少，反应条件也便于控制，途径③最好。

【考点定位】考查物质制备工艺流程、方案的评价等知识。

【名师点睛】本题以废水的综合利用为线索，考查了Al3＋、Fe3＋、Cu2＋的性质、Al(OH)3的两性，混合物的分离方法、仪器的使用、物质制备方案的优劣评价、离子方程式的书写。Al(OH)3是两性氢氧化物，可以与强酸、强碱发生反应，因此要制取物质时为了使铝元素完全转化为氢氧化铝沉淀，尽量使用弱酸、弱碱；为了节约物质，制取等量氢氧化铝，反应消耗的原料越少，反应步骤越简单，方案越好。离子方程式在书写时要结合反应物的物质的量的多少进行，同时符合电荷守恒和原子守恒；若反应是氧化还原反应，则还要符合电子守恒。