Question

某学校化学兴趣小组为探索金属回收物的综合利用，专门设计实验用含有铝、铁、铜的合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体(FeSO₄·7H₂O)和胆矾晶体(CuSO₄·5H₂O)，其实验方案如下：

请回答下列问题：

（1）过滤用的玻璃仪器有________。

（2）小组成员经过检测，发现制得的绿矾不纯，试分析原因：_____________________________，要想由沉淀I最终制得纯度较高的绿矾，应如何改进：______________________________________________________。

（3）小组成员从资料中获知H₂O₂是一种绿色氧化剂，在滤渣B中加入稀硫酸和H₂O₂可以使B溶解，则该反应的化学方程式为____________________________________________________。

（4）有同学提出可将方案中最初溶解合金的盐酸改用烧碱，重新设计方案，也能最终制得三种物质，你认为后者方案相对于前者方案________(填“更合理”或“不合理”)，理由是________________________________________________________________________。

Answer

烧杯、漏斗、玻璃棒 反应过程中部分二价铁转化成了三价铁 向溶液D中加入足量铁粉，反应后过滤，取滤液蒸发结晶即可得绿矾 Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O 更合理 因为前一种方案操作步骤多、时间长、消耗试剂量过大

【解析】

合金铝、铁、铜加入足量盐酸溶解后过滤，得到滤液A为氯化铝、氯化亚铁，加入足量氢氧化钠溶液过滤得到滤液C为偏铝酸钠溶液，加入适量盐酸过滤得到氢氧化铝沉淀，氢氧化铝加入盐酸溶解生成氯化铝溶液；沉淀Ⅰ为氢氧化亚铁，加入硫酸生成硫酸亚铁，溶液D蒸发结晶得到绿矾晶体，（1）根据过滤实验用到的仪器来回答；（2）制得的绿矾不纯，部分亚铁离子被氧化为铁离子，要想由沉淀I最终制得纯度较高的绿矾，需要向D溶液中加入过量铁粉还原铁离子过滤后溶液通过操作得到晶体；（3）铜、稀硫酸、双氧水的性质来判断反应的发生，并结合质量守恒定律写出该反应的化学方程式；（4）根据实验中的酸和碱的量的情况来对比回答。

根据上述分析可知，

（1）过滤实验用到的仪器有：滤纸、铁架台、铁圈、烧杯、玻璃棒和漏斗，故答案为烧杯、漏斗、玻璃棒；

（2）发现制得的绿矾不纯，含有氯化钠、硫酸钠、硫酸铁，是因为亚铁离子被氧化为铁离子，要想由沉淀I最终制得纯度较高的绿矾，需要向D溶液中加入过量铁粉还原铁离子为亚铁离子，过滤得到溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到绿矾晶体；

故答案为氯化钠、硫酸钠、硫酸铁；向溶液D中加入足量铁粉，反应后过滤，再将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤即可得纯度较高的绿矾；

（3）铜与浓硫酸反应生成有毒有污染的二氧化硫气体，若铜先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，Cu中加入稀硫酸和H2O2可以制备胆矾晶体，反应方程式为：Cu+H2O2+H2SO4+3H2O═CuSO4•5H2O（或Cu+H2O2+H2SO4═CuSO4+2H2O；

（4）在实验原方案中，需要的是适量的酸，且步骤繁琐，这很难控制，改用烧碱，首先分离出来铝，然后加入硫酸，分离出铁，最后得铜的化合物，故比较合理。