Question

为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如图实验方案，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

 

；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

 

．
（4）用固体F制备CuSO₄溶液的化学方程式是2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，这样做的好处是

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,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：铝、铁和铜的合金中只有金属铝可以和氢氧化钠之间反应生成溶液A偏铝酸钠，固体B是金属铁和金属铜，A中通入过量的二氧化碳可以得到氢氧化铝沉淀C和碳酸氢钠溶液D，金属铁可以和硫酸之间发生反应生成硫酸亚铁和氢气，但是金属铜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，金属铜可以获得胆矾晶体．
（1）固体和液体的分离用过滤法，过滤用到的仪器：烧杯、玻璃棒、漏斗等；
（2）根据步骤Ⅰ加过量的氢氧化钠发生的反应以及金属铁、铜的性质区别进行解答；
（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）根据铜、稀硫酸的性质来判断反应的发生，并结合产物一会原子的利用率来回答其优点．

解答： 解：铝、铁和铜的合金中只有金属铝可以和氢氧化钠之间反应生成溶液A偏铝酸钠，固体B是金属铁和金属铜，A中通入过量的二氧化碳可以得到氢氧化铝沉淀C和碳酸氢钠溶液D，金属铁可以和硫酸之间发生反应生成硫酸亚铁和氢气，但是金属铜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，金属铜可以获得胆矾晶体．
（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，过滤用到的玻璃仪器：烧杯、玻璃棒、漏斗等．
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^-、Na⁺、OH^-；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；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）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，故答案为：节约原料，防止环境污染．

点评：本题是对物质的分离和提纯知识点的考查，注意掌握铝、铁和铜及其化合物的性质是解答本题的关键，题目难度不大．