Question

【题目】某工厂的废金属屑中主要成分为Cu、Fe和Al，此外还含有少量Al2O3和Fe2O3，为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如下实验流程，用该工厂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)试剂X是______________。溶液D是______________。

(3)在步骤Ⅱ时，用如图装置制取CO2并通入溶液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。为避免固体C减少，可采取的改进措施是_____________________。

(4)由固体F制取硫酸铜溶液，通常有两种方案：

方案一：将固体F在加热条件下与浓硫酸反应；

方案二：将固体F投入热的稀浓硫酸中，然后通入氧气；

方法一的缺点为：_________________________________________________。

(5)工业上常用溶液E制得净水剂Na2FeO4，流程如下：

①测得溶液E中c(Fe2＋)为0.2 mol·L－1，若要处理1 m3溶液E，理论上需要消耗25%的H2O2溶液_______kg。

②写出由Fe(OH)3制取Na2FeO4的离子方程式______________。(已知NaClO还原为NaCl)

Answer 1

【答案】2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO2-＋3H2↑ Al2O3＋2OH－===2AlO2-＋H2O 稀硫酸(或稀H2SO4) NaHCO3溶液 在a和b间加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，除去HCl 产生污染气体二氧化硫 13.6 2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO42-＋3Cl－＋5H2O

【解析】

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（FeSO47H2O）和胆矾晶体流程为：合金中铝、氧化铝与氢氧化钠反应，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AlCl3溶液；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，以此解答该题。

（1）在废金属屑中含有Cu、Fe、Al、Al2O3、Fe2O3，当加入过量NaOH溶液时，只有Al、Al2O3可以发生反应，所以步骤Ⅰ反应的离子方程式是2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑； Al2O3+ 2OH-= 2AlO2-+H2O；

（2）把混合物过滤，得到的固体B中含有Cu、Fe、Fe2O3，向其中加入过量的稀硫酸，发生反应：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O；Fe2(SO4)3+Fe= 3FeSO4；Fe2(SO4)3+Cu= 2FeSO4+ CuSO4 ； Fe+ H2SO4=FeSO4+H2↑；试剂X是H2SO4；过滤得到滤液E含有FeSO4、CuSO4；固体F中含有Cu，用热的浓硫酸溶解得到CuSO4溶液，也可以用固体F继续加入热的稀H2SO4，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO4溶液；（3）溶液A中含有NaOH、NaAlO2；向其中通入过量的CO2，发生反应产生Al(OH)3沉淀和可溶性物质NaHCO3，溶液D是NaHCO3，固体C是Al(OH)3沉淀，用盐酸溶解得到AlCl3；然后在HCl的气氛中加热蒸发得到无水AlCl3；

（3）在步骤Ⅱ时，用如图装置制取CO2并通入溶液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，这是由于浓盐酸有挥发性，在制取的CO2气体中含有杂质HCl。为了避免固体C减少，可采取的改进措施是a,b间加一个盛有饱和NaHCO3的洗气瓶，除去HCl；

（4）用固体F继续加入热的稀H2SO4，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO4溶液；反应的化学方程式是2Cu+O2+ 2H2SO4=2CuSO4+2H2O；

（5）①Fe2+与H2O2反应的方程式是：2Fe2++H2O2+2H+= 2Fe3++2H2O，由于n(Fe2+)=0.2 mol/L×1×103 L=200mol，则根据方程式可知需要H2O2的物质的量是100mol,所以理论上需要消耗的H2O2溶液=13600g=13.6Kg；②根据图示可知由Fe(OH)3制取Na2FeO4的离子方程式是2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO42-＋3Cl－＋5H2O。