Question

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）稀硫酸或H2SO4 过滤（3）在装置a、b之间增加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶(合理答案即给分)）（4）3Cu + 2NO3－ + 8H+ = 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O 途径②最佳，理由是原料利用率高，环境污染小

【解析】

试题分析：铝、铁和铜的合金中只有金属铝可以和氢氧化钠之间反应生成溶液A偏铝酸钠，固体B是金属铁和金属铜，A中通入过量的二氧化碳可以得到氢氧化铝沉淀C和碳酸氢钠溶液D，金属铁可以和硫酸之间发生反应生成硫酸亚铁和氢气，但是金属铜和稀硫酸之间不反应，硫酸亚铁溶液蒸发浓缩、冷却结晶可以获得绿矾晶体，金属铜可以获得胆矾晶体。

（1）步骤Ⅰ加过量的氢氧化钠，金属铝和氢氧化钠反应，金属铝溶解其中生成偏铝酸钠溶液，即2Al+2OH-+2H2O＝2AlO2-+3H2↑；

（2）金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，金属铜和稀硫酸之间不反应，但是金属铁可以和稀硫酸之间反应生成硫酸亚铁和氢气，进而制的绿矾晶体，所以试剂X为稀硫酸；步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均是固体和液体的分离操作，应该是过滤；

（3）进行步骤Ⅱ时，该小组用如图2所示装置及试剂将制得的CO2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逐渐减少，其原因是二氧化碳气体中含有从盐酸中挥发出的氯化氢气体，氯化氢在水中溶解了部分沉淀氢氧化铝，发生的反应为Al（OH）3+3H+＝Al3++3H2O，为了避免固体C减少，可在制取二氧化碳的收集装置中增加一个洗去氯化氢的装置，二氧化碳在饱和碳酸氢钠中不溶，氯化氢和碳酸氢钠反应生成二氧化碳气体，所以可在装置I和Ⅱ之间增加一个盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶，除去二氧化碳中的氯化氢；

（4）金属铜可以和硝酸之间反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，即3Cu+2NO3-+8H+＝3Cu2++2NO↑+4H2O，铜不能和稀硫酸反应，但是当加热并通入空气之后，铜和氧气反应生成氧化铜，然后氧化铜会和硫酸反应生成硫酸铜，不会产生污染大气的气体，该过程原料利用率高，所以途径②最佳。

【考点定位】本题主要是考查了物质制备方案的设计的相关知识

【名师点晴】物质制备流程试题，首先弄清楚流程过程中原料到产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺如本题中原料为铝、铁和铜的合金，产品为氯化铝、绿矾晶体(FeSO4·7H2O)和胆矾晶体。然后再结合问题得出答案，解题过程注意题目提示信息如：“过量”、物质状态等。因此明确工艺流程原理以及掌握物质制备方案的设计与评价原则是解题的关键。对几个实验方案进行评价，主要从正确与错误、严密与不严密、准确与不准确、可行与不可行等方面作出判断。另外有无干扰、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的。即可行性方面、绿色化学方面、从安全性方面对实验方案做出评价、从规范性方面分析判断。