Question

20．工业上用含有铝、铁、铜的合金工业废料制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体（FeSO₄•7H₂O） 和胆矾晶体（CuSO₄•5H₂O）设计了如下方案如图所示：请回答相关问题：
（1）写出合金溶于足量烧碱溶液时相关反应的离子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
写出途径I中相关反应的离子方程式：AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O、H⁺+OH^-═H₂O
（2）由滤液A得AlCl₃溶液的途径有I和II两种，你认为合理的是途径Ⅱ（填“I”或“II），理由是因为滤液A是NaAlO₂溶液，按途径Ⅰ直接向A加入盐酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的NaCl杂质；按途径Ⅱ，通入CO₂气体，得Al（OH）₃沉淀，将Al（OH）₃溶解于盐酸中得到的是较纯净的AlCl₃溶液．
（3）H₂O₂是一种绿色氧化剂，应用十分广泛，在滤渣D中加入稀硫酸和H₂O₂来制备胆矾晶体是一种绿色工艺，写出稀硫酸和H₂O₂溶解滤渣D的离子方程式Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O．
制取500g胆矾，需要的氧化剂的物质的量为2mol．
（4）如何从滤液C中获得绿矾晶体（写出主要的实验操作名称）蒸发、浓缩、冷却结晶．

Answer 1

分析 流程题的关键是明确流程中每一步的反应过程，前后连贯综合考虑解答问题，铝、铁、铜的合金中加入足量烧碱溶液过滤，得到滤液A为偏铝酸钠溶液，滤渣B为铁和铜，由滤液A加入足量盐酸反应制取AlCl₃溶液，同时A中含有Na⁺，该途径是不行的，制取的AlCl₃中含有杂质；滤液A中通入足量二氧化碳和偏铝酸钠溶液反应生成氢氧化铝沉淀，过滤得到沉淀中加入足量盐酸加热通过途径Ⅱ得到氯化铝溶液；滤渣B中加入足量硫酸溶液铁反应生成硫酸亚铁溶液，铜不反应，过滤得到滤液C为硫酸亚铁溶液，从滤液C中获得绿矾晶体注意的是冷却结晶，不是蒸发结晶，滤渣D为铜，通过氧化生成氧化铜，氧化铜和硫酸反应生成硫酸铜溶液，浓缩蒸发，冷却结晶，过滤洗涤得到胆矾，
（1）合金溶于足量烧碱溶液时发生反应生成偏铝酸钠和氢气，途径I中是过量氢氧化钠和盐酸发生反应生成氯化钠和水，偏铝酸钠溶液和盐酸反应得到氯化铝、氯化钠的混合溶液；
（2）由滤液A得AlCl₃溶液的途径有I和II两种，分析可知由滤液A加入足量盐酸反应制取AlCl₃溶液，同时A中含有Na⁺，该途径Ⅰ是不行的，途径Ⅱ可以得到氯化铝溶液，
（3）在滤渣D中加入稀硫酸和H₂O₂来制备胆矾晶体是一种绿色工艺，铜和过氧化氢扎起稀硫酸溶液中发生氧化还原反应生成硫酸铜溶液，结合反应的定量关系计算得到需要氧化剂过氧化氢的物质的量；
（4）利用溶液中溶质分离的方法回答，硫酸亚铁溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体．

解答 解：（1）合金溶于足量烧碱溶液时发生反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，途径I中是过量氢氧化钠和盐酸发生反应生成氯化钠和水，反应的离子方程式为：H⁺+OH^-═H₂O，偏铝酸钠溶液和盐酸反应得到氯化铝、氯化钠的混合溶液，反应的离子方程式为：AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；AlO₂^-+4H⁺═Al³⁺+2H₂O、H⁺+OH^-═H₂O；
（2）滤液A为偏铝酸钠溶液，滤渣B为铁和铜，由滤液A加入足量盐酸反应制取AlCl₃溶液，同时A中含有Na⁺，该途径是不行的，制取的AlCl₃中含有杂质；滤液A中通入足量二氧化碳和偏铝酸钠溶液反应生成氢氧化铝沉淀，过滤得到沉淀中加入足量盐酸加热通过途径Ⅱ得到氯化铝溶液，途径Ⅱ更合理，因为滤液A是NaAlO₂溶液，按途径Ⅰ直接向A加入盐酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的NaCl杂质；按途径Ⅱ，通入CO₂气体，得Al（OH）₃ 沉淀，将Al（OH）₃溶解于盐酸中得到的是较纯净的AlCl₃溶液；
故答案为：Ⅱ；因为滤液A是NaAlO₂溶液，按途径Ⅰ直接向A加入盐酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的NaCl杂质；按途径Ⅱ，通入CO₂气体，得Al（OH）₃ 沉淀，将Al（OH）₃溶解于盐酸中得到的是较纯净的AlCl₃溶液；
（3）H₂O₂是一种绿色氧化剂，在滤渣D中加入稀硫酸和H₂O₂来制备胆矾晶体，稀硫酸和H₂O₂溶解滤渣D的离子方程式为：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，制取500g胆矾物质的量=$\frac{500g}{250g/mol}$=2mol，需要的氧化剂过氧化氢的物质的量为2mol，
故答案为：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；2mol；
（4）从滤液C中获得绿矾晶体，硫酸亚铁溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体，故答案为：蒸发、浓缩、冷却结晶．

点评 本题考查了物质性质的分析，流程分析判断，主要是物质性质转化的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．