Question

某工厂的废金属屑的主要成分为铝、铁和铜，某化学兴趣小组在学习了元素及其化合物的相关知识后，设计了如图1实验流程，用该工厂的金属废料制取氯化铝、绿矾晶体(FeSO₄·7H₂O)和胆矾晶体(CuSO₄·5H₂O)。

请回答：

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

(2)步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ进行的实验操作中均需用到的玻璃仪器有                 。

(3)进行步骤Ⅱ时，该小组用如图2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，原因是                 。

(4)从溶液E得到绿矾晶体的实验操作是                        。

(5)用固体F制备CuSO₄溶液，可设计如图3三种途径：

写出途径③中反应的化学方程式：                       ，用途径①制备CuSO₄溶液时，混酸中硫酸和硝酸的最佳物质的量之比为              。

(6)用惰性电极电解硫酸铜溶液一段时间后，阴极增重3.2g。请写出阳极电极反应式            ，阳极产生          L气体(标准状况)。

Answer

(1)AlO2-+ CO2 + 2H2O =Al(OH)3↓ + HCO3-、CO2 +OH-=HCO3-

(2)烧杯、玻璃棒、漏斗

(3)由装置a制取的CO2中含HCl气体，通入溶液A中会溶解Al(OH)3

(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤

(5)Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O；3:2

(6)2H2O - 4e- =O2↑+ 4H+ 或4OH- - 4e- =O2↑+ 2H2O；0.56

【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反应，过滤后，得到溶液A含有NaAlO2，固体B为Cu和Fe．溶液A中通入过量的二氧化碳可以得到氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，过滤分离，得到C为Al(OH)3，D为NaHCO3溶液，C和碳酸氢钠溶液D．固体B用试剂X反应，过滤分离得到溶液E，溶液E蒸发浓缩、冷却结晶可以获得绿矾晶体，可知试剂X为稀硫酸，E为FeSO4，F为Cu，Cu转化得到硫酸铜，CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可以获得胆矾晶体。

(1)步骤Ⅱ中偏铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，反应离子方程式为：AlO2-+ CO2 + 2H2O =Al(OH)3↓ + HCO3-，故答案为：AlO2-+ CO2 + 2H2O =Al(OH)3↓ + HCO3-；

(2)步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均是固体和液体的分离操作，应该是过滤，需用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗，故答案为：烧杯、玻璃棒、漏斗；

(3)盐酸具有挥发性，挥发出的HCl导致氢氧化铝溶解，故答案为：由装置a制取的CO2中含HCl气体，通入溶液A中会溶解Al(OH)3；

(4)从硫酸铜溶液中获得晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作，故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；过滤；

(5)途径③中Cu与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫与水，反应化学方程式为Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O，途径①中Cu与混酸反应生成铜盐、NO与水，反应离子方程式为：3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O，根据离子方程式，可知混酸中硫酸和硝酸的最佳物质的量之比：2=3:2，故答案为： Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O；3:2

(6) 用铂电极电解CuSO4溶液，阴极电极反应：Cu2++2e-=Cu，阳极电极反应：4OH--4e-=2H2O+O2↑，当阴极产生3.2g即0.05mol铜时，转移电子是0.1mol，此时阳极上产生氧气的物质的量是0.025mol，即标准状况下体积是0.56L，故答案为：2H2O - 4e- =O2↑+ 4H+ 或4OH- - 4e- =O2↑+ 2H2O；0.56。

考点：考查了制备实验方案的设计与评价、物质的分离和提纯、电解原理及其计算的相关知识。