Question

1．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图：

回答下列问题：
（1）操作①的名称为过滤，沉淀C的化学式为Al（OH）₃．
（2）在滤渣B中滴加稀硫酸时，发现反应速率比同浓度硫酸与纯铁粉反应要快，原因是形成铁铜原电池，加快了反应速率．
（3）在滤渣B中滴加的硫酸可用SO₂制取，可按以下三步进行：
已知25℃、101kPa时：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=-197KJ/mol
H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44KJ/mol
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545KJ/mol
则SO₃（g）与H₂O（l）反应的热化学方程式是SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol．
（4）设计实验方案，检测滤液D中含有的金属离子（试剂自选）取少量滤液D加入NaOH溶液，产生白色沉淀，沉淀迅速变成灰绿色最后变成红褐色，证明D中有Fe²⁺或取少量滤液D加入硫氰化钾溶液，无现象，再加入氯水，显血红色，则证明D中有Fe²⁺．
（5）常温下，乙同学将绿矾配成约0.1mol•L^-1FeSO₄溶液，测得溶液的pH=3，请用离子方程式解释其原因Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺，该溶液中c（SO₄^2-）-c（Fe²⁺）=5×10^-4mol•L^-1（填近似数值）．
（6）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，则反应④的总反应化学方程式为Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O═CuSO₄•5H₂O或Cu+H₂O₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O．

Answer 1

分析 合金加入足量的烧碱溶液后，金属铝溶解，过滤得滤渣B为铁、铜，滤液A中含偏铝酸钠，通入足量的气体X为二氧化碳气体，得到沉淀C为氢氧化铝沉淀；氢氧化铝沉淀加盐酸溶解得到溶液F为氯化铝；滤渣B加入稀硫酸，铁与稀硫酸反应，过滤，得到滤液D为硫酸亚铁溶液，蒸发浓缩、降温结晶得到绿矾，滤渣E主要为铜，铜中加和稀硫酸再加氧化剂Y如双氧水等，得硫酸铜溶液，蒸发浓缩、降温结晶得到胆矾，据此分析．
（1）分离固体和液体的操作是过滤；金属铝可以和强碱发生反应生成偏铝酸盐和氢气；偏铝酸盐可以和二氧化碳气体反应生成氢氧化铝沉淀；
（2）形成原电池能加快反应速率，在滤渣B中滴加稀硫酸时，溶液中铜、铁与稀硫酸形成了原电池；
（3）利用盖斯定律，将热化学方程式进行运算，（③-①+②）×$\frac{1}{2}$计算反应的焓变，得到SO₃ （g）与H₂O（l）反应的热化学方程式．
（4）滤液D中含有的金属离子是亚铁离子，根据亚铁离子的检验方法来回答；
（5）FeSO₄溶液中，亚铁离子水解使溶液呈酸性，根据电荷守恒可计算出c（SO₄^2-）-c（Fe²⁺）的值；
（6）双氧水是一种绿色氧化剂，可以实现金属铜和硫酸之间的反应，铜和硝酸、硫酸反应生成硫酸铜，据此书写化学方程式．

解答 解：（1）依据题给信息得出操作①后得到的是滤液和滤渣，故此分离操作为过滤，具体过程为合金加入足量的烧碱溶液后，金属铝可以和强碱氢氧化钠发生反应生成偏铝酸钠和氢气，即2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，金属铝溶解，过滤得滤渣B为铁、铜，滤液A中含偏铝酸钠，偏铝酸钠中通入二氧化碳，则可以和二氧化碳气体反应生成氢氧化铝沉淀，即2H₂O+AlO₂^-+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，所以通入足量的气体X为二氧化碳气体，得到沉淀C为氢氧化铝沉淀，
故答案为：过滤；Al（OH）₃；
（2）在滤渣B中有Cu和Fe，在溶液中形成原电池，铁做负极，铜做正极，形成原电池能加快反应速率，故在滤渣B中滴加稀硫酸时，发现反应速率比一般的铁粉反应要快，
故答案为：形成铜铁原电池，加快了反应速率；
（3）2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol ①
2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=-44kJ/mol ②
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol③
利用盖斯定律：（③-①+②）×$\frac{1}{2}$得SO₃ （g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol，
故答案为：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol；
（4）亚铁离子可以和强碱反应生成氢氧化亚铁沉淀，迅速被氧化为氢氧化铁，或用氯水先氧化，再用硫氰化钾溶液检验，故亚铁离子的检验方法：取少量滤液D加入NaOH溶液，产生白色沉淀，沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，或取少量滤液D加入硫氰化钾溶液，无现象，再加入氯水，显血红色，则证明D中有Fe²⁺；
故答案为：取少量滤液D加入NaOH溶液，产生白色沉淀，沉淀迅速变成灰绿色最后变成红褐色，证明D中有Fe²⁺或取少量滤液D加入硫氰化钾溶液，无现象，再加入氯水，显血红色，则证明D中有Fe²⁺；
（5）FeSO₄溶液中，亚铁离子水解使溶液呈酸性，反应的离子方程式为Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺，根据电荷守恒有2c（SO₄^2-）-2c（Fe²⁺）=c（H⁺）-c（OH^-）=1×10^-3，所以（SO₄^2-）-c（Fe²⁺）=5×10^-4，
故答案为：Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺；5×10^-4；
（6）稀硫酸不能将铜氧化，故在滤渣E中加入稀硫酸和H₂O₂制胆矾晶体，是H₂O₂将Cu氧化为Cu²⁺，H₂O₂被还原为H₂O，稀硫酸只做酸，方程式为：Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O═CuSO₄•5H₂O或Cu+H₂O₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O，
故答案为：Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O═CuSO₄•5H₂O或Cu+H₂O₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O．

点评 本题主要考查了怎样从工业废料中制取纯净物，注意从框图转化中找出有用信息，利用有关的化学反应进行解答，试题培养了学生综合应用知识的能力，题目难度中等．