Question

为探索工业含铝、铁、铜合金废料的再利用，甲同学设计的实验方案如下：

回答下列问题：

（1）操作①的名称为__________，沉淀C的化学式为______________。

（2）在滤渣B中滴加稀硫酸时，发现反应速率比同浓度硫酸与纯铁粉反应要快，原因是_______________________。

（3）在滤渣B中滴加的硫酸可用SO₂制取，可按以下三步进行：

已知25℃、101kPa时：

2SO₂(g)+O₂(g)⇋2SO₃(g)   △H₁=-197kJ/mol

H₂O(g)=H₂O(l)   △H₂=-44kJ/mol

2SO₂(g)+O₂(g)+2H₂O(g)=2H₂SO₄(l)   △H₃=-545kJ/mol

则SO₃(g)与H₂O(l)反应的热化学方程式是_________________。

（4）设计实验方案，检测滤液D中含有的金属离子（试剂自选）________________________。

（5）常温下，乙同学将绿矾配成约0.1mol•L^-1FeSO₄溶液，测得溶液的pH=3，请用离子方程式解释其原因_______，该溶液中c（SO₄^2-）-c（Fe²⁺）=______mol•L^-1（填近似数值）。

（6）在滤渣E中加入稀硫酸和试剂Y制胆矾晶体是一种绿色化学工艺，试剂Y为无色液体，则反应④的总反应化学方程式为______________。

Answer

过滤 Al(OH)3 形成铁铜原电池，加快了反应速率 SO3(g) + H2O(l) = H2SO4(l) △H =-130kJ/mol 取少量滤液D加入NaOH溶液，产生白色沉淀，沉淀迅速变成灰绿色最后变成红褐色，证明D中有Fe2+或取少量滤液D加入硫氰化钾溶液，无现象，再加入氯水,显血红色,则证明D中有Fe2+。（其它合理答案也得分） Fe2+ + 2H2O⇌ Fe(OH)2+ 2H+ 5×10-4 Cu + H2O2 + H2SO4 + 3H2O == CuSO4·5H2O或Cu+H2O2 + H2SO4 == CuSO4 + 2H2O

【解析】合金加入足量的烧碱溶液后，金属铝溶解，过滤得滤渣为铁、铜；滤液A中含偏铝酸钠，通入二氧化碳气体，得到氢氧化铝沉淀；滤渣B加入稀硫酸，铁与稀硫酸反应，得到滤液D为硫酸亚铁溶液，蒸发浓缩、降温结晶得到绿矾，滤渣E主要为铜，铜中加和稀硫酸再加氧化剂Y如双氧水等，得硫酸铜溶液，蒸发浓缩、降温结晶得到胆矾；

(1)依据题给信息得出操作①后得到的是滤液和滤渣，故此分离操作为过滤；沉淀C的化学式为 Al(OH)3 ；

(2)在滤渣B中滴加稀硫酸时，溶液中铜、铁与稀硫酸形成了许多微小的原电池，构成了电化学腐蚀，加快了反应速率；

(3)2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)△H1=-197kJ/mol①
H2O(g)⇌H2O(l)△H2=-44kJ/mol②
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)═2H2SO4(l)△H3=-545kJ/mol③
依据盖斯定律③-①-2×②得到：2SO3(g)+2H2O(l)=2H2SO4(l)△H=-260KJ/mol；即反应的热化学方程式为：SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l)△H=-130KJ/mol；

(4)亚铁离子可以和强碱反应生成氢氧化亚铁沉淀，迅速被氧化为氢氧化铁，故亚铁离子的检验方法：取少量滤液D加入NaOH溶液，产生白色沉淀，沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色；

(5)FeSO4溶液中，亚铁离子水解使溶液呈酸性，反应的离子方程式为Fe2++2H2O⇌Fe(OH)2+2H+，根据电荷守恒有2c(SO42-)-2c(Fe2+)=c(H+)-c(OH-)=1×10-3，所以(SO42-)-c(Fe2+)=5×10-4；

(6)双氧水是一种绿色氧化剂，在双氧水的作用下，金属铜可以和硫酸发生反应：Cu+H2O2+H2SO4+3H2O=CuSO4•5H2O。

点睛：应用盖斯定律进行简单计算时，关键在于设计反应过程，同时注意：①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式)，结合原热化学方程式(一般2～3个)进行合理“变形”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。②当热化学方程式乘、除以某一个数时，ΔH也应相应地乘、除以某一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“+”“－”符号，即把ΔH看作一个整体进行运算。③将一个热化学方程式颠倒书写时，ΔH的符号也随之改变，但数值不变。④在设计反应过程中，会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。