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            、            过滤。

（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。阳极产生         L气体(标准状况)。

Answer

（1） AlO2－+ CO2 + 2H2O =Al(OH)3↓ + HCO3；CO2 +OH－=HCO3－(第二个方程式可不写)

（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；

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

（6）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中偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为AlO2－+ CO2 + 2H2O =Al(OH)3↓ + HCO3；，故答案为：AlO2－+ CO2 + 2H2O =Al(OH)3↓ + HCO3；；

（2） 步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都涉及固液分离，固体和液体的分离用过滤法；进行过滤操作时，所用到的玻璃仪器主要有烧杯、漏斗、玻璃棒，故答案为：烧杯、玻璃棒、漏斗；

（3）进行步骤Ⅱ时，该小组用如图2所示装置及试剂制取的CO2中含HCl气体，通入溶液A中会溶解Al(OH)3 ，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，混酸中硫酸和硝酸的最佳物质的量之比为：2=3:2；途径②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，途径③中铜与浓硫酸反应生成二氧化硫，反应的化学方程式为Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O；故答案为：Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O；3:2；

（6）用惰性电极电解硫酸铜溶液一段时间后，阴极铜离子放电生成铜，3.2g铜的物质的量为=0.05mol，转移的电子的物质的量为0.1mol，阳极上生成氧气0.025mol，标准状况下的体积为0.56L，故答案为：0.56。

考点：考查了物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用的相关知识。