Question

为探索工业含铝、铁、铜合金废料的再利用,甲同学设计的实验方案如下:

请回答:
(1)操作①用到的玻璃仪器有                            。
(2)写出反应①的化学方程式:                            ,反应②的离子反应方程式:                               。
(3)设计实验方案,检测滤液D中含有的金属离子(试剂自选)                         。
(4)在滤渣E中加入稀硫酸和试剂Y制胆矾晶体是一种绿色化学工艺,试剂Y为无色液体,反应④的总化学方程式是                                                       。
(5)乙同学在甲同学方案的基础上提出用滤渣B来制备FeCl₃·6H₂O晶体,在滤渣中滴加盐酸时,发现反应速率比同浓度盐酸与纯铁粉反应要快,其原因是                                                               。
将所得氯化铁溶液用加热浓缩、降温结晶法制得FeCl₃·6H₂O 晶体,而不用直接蒸发结晶的方法来制得晶体的理由是                                                   。
(6)将滤渣B的均匀混合物平均分成四等份,分别加入同浓度的稀硝酸,充分反应后,在标准状况下生成NO的体积与剩余金属的质量见下表(设硝酸的还原产物只有NO)。

实验编号	①	②	③	④
稀硝酸体积(mL)	100	200	300	400
剩余金属质量(g)	9.0	4.8	0	0
NO体积(L)	1.12	2.24	3.36	V

 
则硝酸的浓度为       ;③中溶解铜的质量为       ;④中V=       。

Answer 1

(1)烧杯、漏斗、玻璃棒
(2)2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑   AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al(OH)₃↓+HCO₃^-
(3)取少量滤液D加入NaOH溶液,产生白色沉淀,白色沉淀迅速变成灰绿色最后变成红褐色(合理即可)
(4)Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O=CuSO₄·5H₂O(或Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O)
(5)铁粉与杂质铜形成原电池,加快了反应速率 因为氯化铁是强酸弱碱盐水解生成氢氧化铁和盐酸,加热蒸干时使HCl挥发造成水解平衡右移,因此得不到FeCl₃·6H₂O 晶体
(6)2 mol/L  4.8 g  4.48

(1)操作①是过滤。(2)金属中只有铝能和氢氧化钠溶液反应生成AlO₂^-, AlO₂^-和足量CO₂生成Al(OH)₃沉淀和HCO₃^-。(3)滤液D中含有Fe²⁺,可以利用其和碱生成沉淀时的颜色变化、自身不能使KSCN溶液变红而氧化后变红的性质进行检验。(4)H₂O₂是绿色氧化剂,还原产物是H₂O。(5)里面有杂质铜,形成原电池,加快了反应速率;Fe³⁺很易发生水解。(6)滤渣B中含有Fe和Cu,分析实验①到②和②到③的过程可知:①到②时,金属过量,硝酸完全反应,100 mL HNO₃共产生="0.05" mol NO,消耗金属4.2 g,由反应:
3Fe  +  8HNO₃(稀)=3Fe(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O
3×56 g       8 mol                    2 mol
4.2 g         0.2 mol                 0.05 mol
知:消耗的4.2 g金属恰好为Fe,且可推知①中消耗的也为Fe且质量为4.2 g,同时求得HNO₃的浓度为:="2" mol·L^-1。又由反应:
3Cu+8HNO₃(稀)=3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O
3×64 g                     2 mol
m(Cu)                        0.05 mol
得:m(Cu)= g="4.8" g可知:②到③中溶解的4.8 g金属恰好是Cu,即铜的总质量即为4.8 g;根据前面的分析可知:④与③相比多加的100 mL HNO₃是与Fe²⁺反应:
3Fe²⁺  +  4H⁺  + NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O
3 mol         4 mol       1 mol         22.4 L
0.15 mol       0.2 mol0.2 mol         V′
即V′=="1.12" L。
故V=3.36+1.12=4.48。