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下实验流程，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。

(1)写出步骤Ⅱ反应的离子方程式：________。

(2)试剂X是_______；溶液D是________。

(3)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_________。

(4)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

、+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+ 稀硫酸 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，加入过量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A中溶质为偏铝酸钠和氢氧化钠，固体B为Cu、Fe、Fe2O3；滤液A中通入过量二氧化碳，过量二氧化碳分别与氢氧化钠、偏铝酸钠反应，最终生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠溶液，固体C为氢氧化铝沉淀，溶液D为碳酸氢钠溶液；固体B中加入过量稀硫酸，Fe、Fe2O3与稀硫酸反应生成硫酸亚铁溶液，过滤，溶液E为硫酸亚铁溶液，固体F为Cu；硫酸亚铁溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到绿矾，固体F经过一系列过程得到胆矾。

(1)滤液A中溶质为NaOH、NaAlO2，通入过量二氧化碳，分别与NaOH、NaAlO2反应，生成Al(OH)3沉淀和溶液，故步骤Ⅱ反应的离子方程式为：、+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+

(2)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↑，得到FeSO4溶液，试剂X是H2SO4，固体F中含有Cu，从而将铁元素和铜元素分离；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溶液；

(3)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，HCl溶解了氢氧化铝沉淀，故为了避免氢氧化铝沉淀减少，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；

(4)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。