题目内容
【题目】工业上常常会大量的废料,如果不加以回收利用甚至会造成环境污染,某化学兴趣小组设计了如下实验流程,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:_________________________。
(2)步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需进行的实验操作是____________。
(3)进行步骤Ⅱ时,该小组用如图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____________________。
(4)用固体F制备CuSO4溶液,可设计以下三种途径:
写出途径②中反应的离子方程式:__________________________,
请选出你认为的最佳途径并说明选择的理由:______________________________。
【答案】
(1)2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑
(2)稀硫酸(或H2SO4);过滤
(3)在装置a、b之间增加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶(其他合理答案均可)
(4)3Cu+2NO+8H+===3Cu2++2NO↑+4H2O;最佳途径为②;因为耗酸少,且不产生污染气体
【解析】
试题分析: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)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,即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,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:稀硫酸或H2SO4;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;途径②最佳,理由是原料利用率高,环境污染小。