Question

为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如下左图实验方案，用含有铝、铁和铜的合金制取氯化铝、绿矾晶体（FeSO₄?7H₂O）和胆矾晶体． 
请回答：
（1）步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需进行的实验操作是

 

，该操作中除用到烧杯和玻璃棒外，还必须用到的玻璃仪器有

 

．
（2）溶液A中的离子主要有Na⁺、OH^-、

 

；试剂X是

 

．
（3）进行步骤Ⅱ时，该小组用如上右图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（用离子方程式表示）

 

；为了避免固体C减少，改进的措施是在装置Ⅰ、Ⅱ之间增加一个盛有饱和

 

溶液的洗气瓶．
（4）从溶液E中获得绿矾晶体的实验操作依次为（填操作名称）

 

、冷却结晶、过滤洗涤．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，铝可与氢氧化钠反应，用含有铝、铁和铜的合金制取氯化铝、绿矾晶体（FeSO₄?7H₂O）和胆矾晶体流程为：合金与氢氧化钠反应，发生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，所得滤液A为NaAlO₂溶液，经途径Ⅱ与足量二氧化碳发生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，反应可生成氢氧化铝固体C，生成的氢氧化铝再和盐酸反应生成AlCl₃，得到的AlCl₃较纯净；溶液D为碳酸氢钠溶液；
滤渣B为Fe和Cu的化合物，加入足量稀硫酸，得到的滤液E为FeSO₄，经蒸发浓缩、冷却结晶可得到绿矾，滤渣F为Cu，可用于制备胆矾；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，即2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，不会产生污染大气的气体，可制得胆矾．
（1）步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都涉及固液分离，固体和液体的分离用过滤法；进行过滤操作时，所用到的玻璃仪器主要有烧杯、漏斗、玻璃棒；
（2）根据步骤Ⅰ加过量的氢氧化钠发生的反应进行解答；
（3）制得的CO₂气体中混有氯化氢气体，用饱和的碳酸氢钠除去；
（4）根据固体溶质从溶液中结晶析出的方法是：蒸发溶剂，降温结晶，再过滤分析，硫酸亚铁的溶解度随温度的升高而增大，需采用降温结晶．

解答： 解：金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，铝可与氢氧化钠反应，用含有铝、铁和铜的合金制取氯化铝、绿矾晶体（FeSO₄?7H₂O）和胆矾晶体流程为：合金与氢氧化钠反应，发生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，所得滤液A为NaAlO₂溶液，经途径Ⅱ与足量二氧化碳发生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，反应可生成氢氧化铝固体C，生成的氢氧化铝再和盐酸反应生成AlCl₃，得到的AlCl₃较纯净；溶液D为碳酸氢钠溶液；
滤渣B为Fe和Cu的化合物，加入足量稀硫酸，得到的滤液E为FeSO₄，经蒸发浓缩、冷却结晶可得到绿矾，滤渣F为Cu，可用于制备胆矾；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，即2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，不会产生污染大气的气体，可制得胆矾．
（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，金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，将它们分离用过滤；步骤Ⅰ过滤得到的滤液A成分为偏铝酸钠，步骤Ⅱ中向偏铝酸钠中通入足量的二氧化碳，会得到纯净的氢氧化铝沉淀，溶液中的溶质为碳酸氢钠，将它们分离用过滤；步骤Ⅲ中金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，铁和硫酸反应而金属铜不反应将它们分离用过滤，过滤操作时，所用到的玻璃仪器主要有烧杯、漏斗、玻璃棒，
故答案为：过滤；漏斗；      
（2）步骤Ⅰ加过量的氢氧化钠，因铝与碱反应生成偏铝酸钠和氢气，离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，所以溶液A中的离子主要有AlO₂^-、Na⁺、OH^-；本实验的目的是用含有铝、铁和铜的合金制取氯化铝、绿矾晶体（FeSO₄?7H₂O）和胆矾晶体，金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁而金属铜不反应，可以实现三种金属的分离，所以试剂X是稀硫酸，
故答案为：AlO₂^-；稀硫酸；
（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：Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O；NaHCO₃；      
（4）因为硫酸亚铁的溶解度随温度的升高而增大，所以将混合液来制备绿矾时应先将溶液加热浓缩、然后冷却结晶，即可得到绿矾，故答案为：蒸发浓缩．

点评：本题综合考查物质的制备和性质探究等知识，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，为高考常见题型，注意把握实验的操作原理和步骤，把握相关物质的性质，题目难度中等．