Question

11．为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如图1实验流程，用含有铝、铁和铜的合金废料制取氯化铝、绿矾晶体（FeSO₄•7H₂O）和胆矾晶体．

请回答：
（1）写出步骤Ⅰ反应的离子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）试剂X是稀硫酸．步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需进行的实验操作是过滤．
（3）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．为了避免固体C减少，可采取的改进措施是在装置a、b之间增加一个盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶．
（4）用固体F制备CuSO₄溶液，可设计以下三种途径（图3）：写出途径①中反应的离子方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，请选出你认为的最佳途径②说明选择的理由对环境无污染，耗硫酸少．

Answer 1

分析 由制备流程可知，铝、铁和铜的合金中只有金属Al可以和NaOH溶液反应生成溶液A为偏铝酸钠，固体B是金属Fe和金属Cu，A中通入过量的二氧化碳可以得到C为氢氧化铝沉淀和D为碳酸氢钠溶液，C与盐酸反应生成氯化铝溶液；金属Fe可以和硫酸之间发生反应生成硫酸亚铁和氢气，但是金属Cu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Cu可以获得胆矾晶体，结合图3可知，①③中产生有毒气体，只有②发生2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，途径②最佳，以此来解答．

解答 解：（1）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，离子反应为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，金属铜和稀硫酸之间不反应，但是金属铁可以和稀硫酸之间反应生成硫酸亚铁和氢气，进而制的绿矾晶体，所以试剂X为稀硫酸；步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均是固体和液体的分离操作，应该是过滤，
故答案为：稀硫酸；过滤；
（3）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，为了避免固体C减少，可在制取二氧化碳的收集装置中增加一个洗去氯化氢的装置，二氧化碳在饱和碳酸氢钠中不溶，氯化氢和碳酸氢钠反应生成二氧化碳气体，所以可在装置I和Ⅱ之间增加一个盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶，除去二氧化碳中的氯化氢，
故答案为：在装置I和Ⅱ之间增加一个盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶；
（4）金属铜可以和硝酸之间反应生成硝酸铜、一氧化氮和水，即3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，铜不能和稀硫酸反应，但是当加热并通入空气之后，铜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，
故答案为：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；②；对环境无污染，耗硫酸少．

点评 本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握物质的性质、流程中发生的反应及实验方案的评价为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意混合物分离提纯的应用，题目难度中等．