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)铝在周期表中位于           周期           族。

(2)步骤Ⅰ进行的实验操作的名称是           。

(3)写出步骤Ⅱ反应中生成C的离子方程式：                  。

(4)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                     。

(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)用途径②制备CuSO₄溶液与途径①、③相比优点是                      。

Answer

(1)三，ⅢA ；

(2)过滤；

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

(4)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 ；

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

(6)不产生大气污染物NO、SO2；制等量的硫酸铜，途径②消耗酸少。

【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)铝在周期表中位于第三周期第ⅢA族，故答案为：三，ⅢA；

(2)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，金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，将它们分离用过滤；步骤Ⅰ过滤得到的滤液成分为偏铝酸钠， 故答案为：过滤；

(3)过量CO2与偏铝酸钠溶液反应，离子方程式为：AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-，故答案为：AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-；

(4)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，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；

(5)途径③中铜与浓硫酸反应生成硫酸铜的化学方程式为Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O，用途径①制备CuSO4溶液时，反应的化学方程式为3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O，根据离子方程式为3Cu+8H++2NO3-=3Cu2+ +2NO↑+4H2O，可知混酸中硫酸和硝酸的最佳物质的量之比为(8-2)：2=3:2，故答案为：Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O；3:2；

(6)用途径②制备CuSO4溶液与途径①、③相比优点有不产生大气污染物NO、SO2；制等量的硫酸铜，途径②消耗酸少，故答案为：不产生大气污染物NO、SO2；制等量的硫酸铜，途径②消耗酸少。

考点：考查了物质的分离和提纯、物质的制备的相关知识。