Question

某工厂的废金属屑中主要成分为Cu、Fe和Al，此外还含有少量Al₂O₃和Fe₂O₃，为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如实验流程，用该工厂的合金废料制取氯化铝、绿矾晶体(FeSO₄·7H₂O)和胆矾晶体。

请回答：

⑴写出步骤Ⅰ反应的离子方程式：_______________________。

⑵试剂X是______________。D是______________。

⑶在步骤Ⅱ时，用如图装置制取CO₂并通入溶液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。为避免固体C减少，可采取的改进措施是_____________________。

⑷由固体F制取硫酸铜溶液，通常有两种方案：

方案一：将固体F在加热条件下与浓硫酸反应；

方案二：将固体F投入热的稀硫酸中，然后通入氧气；

方法一的缺点为：_________________________________________________。

Answer

2Al+2H2O+2OH－=2+3H2↑；Al2O3+2OH－=2+H2O 稀硫酸(或稀H2SO4) NaHCO3溶液 在a和b间加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，除去HCl 产生污染气体二氧化硫且原料硫酸的利用率较低

【解析】

废金属屑中主要成分为Cu、Fe和Al，此外还含有少量Al2O3和Fe2O3，加入NaOH溶液，Al、Al2O3与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠，Cu、Fe 、Fe2O3不反应，过滤，滤液通入过量二氧化碳，先氢氧化钠与二氧化碳反应，再是偏铝酸钠与二氧化碳反应，最终生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠溶液，固体B是Cu、Fe 、Fe2O3(少量)，加入稀硫酸，氧化铁先和硫酸反应，再是铁和和铁离子反应，再是铁和氢离子反应，过滤，溶液E为硫酸亚铁，经过一系列过程得到绿矾，固体F为Cu，经过一系列反应得到胆矾。

⑴在废金属屑中含有Cu、Fe、Al、Al2O3、Fe2O3，当加入过量NaOH溶液时，只有Al、Al2O3可以发生反应，所以步骤Ⅰ反应的离子方程式是2Al+2H2O+2OH－=2+3H2↑；Al2O3+2OH－=2+H2O；故答案为：2Al+2H2O+2OH－=2+3H2↑；Al2O3+2OH－=2+H2O。

⑵把混合物过滤，得到的固体B中含有Cu、Fe、Fe2O3，向其中加入过量的稀硫酸，发生反应：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O，Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO4，Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，试剂X是H2SO4；过滤得到滤液E含有FeSO4，固体F中含有Cu；溶液A中含有NaOH、NaAlO2，向其中通入过量的CO2，发生反应产生Al(OH)3沉淀和可溶性物质NaHCO3，溶液D是NaHCO3；故答案为：稀硫酸(或稀H2SO4)；NaHCO3溶液。

⑶在步骤Ⅱ时，用如图装置制取CO2并通入溶液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，这是由于浓盐酸有挥发性，在制取的CO2气体中含有杂质HCl，为了避免固体C减少，可采取的改进措施是a，b间加一个盛有饱和NaHCO3的洗气瓶，除去HCl；故答案为：在a和b间加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，除去HCl。

⑷方案一铜和浓硫酸加热反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，方案二加热通入空气、铜、稀硫酸反应生成硫酸铜和水，两者比较得到方案一的缺点为：产生污染气体二氧化硫且原料硫酸的利用率较低；故答案为：产生污染气体二氧化硫且原料硫酸的利用率较低。