Question

某化学兴趣小组用含有铝、铁、铜的合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体和胆矾晶体，以探索工业废料的再利用．其实验方案如下：

试回答下列问题：
（1）写出滤液A转化为沉淀D的离子方程式

 

．
（2）由滤液A制AlCl₃溶液有途径I和途径Ⅱ两种，你认为合理的是

 

，理由是

 

．
（3）从滤液E中得到绿矾的实验操作是

 

．
（4）按环保要求，写出用滤渣F制备胆矾的各步反应的化学方程式

 

．
（5）有同学提出可将方案中最初溶解合金的烧碱改为盐酸，重新设计方案，也能得到三种物质，你认为后者的方案是否更合理

 

，理由是

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：铝可与氢氧化钠反应，当合金与氢氧化钠反应时，发生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，所得滤液A为NaAlO₂溶液，经途径Ⅰ与足量盐酸反应可生成AlCl₃溶液，在NaAlO₂溶液中通过过量 的二氧化碳气体，发生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，生成的氢氧化铝再和盐酸反应生成AlCl₃，途径Ⅱ得到的AlCl₃较纯净；
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．

解答： 解：铝可与氢氧化钠反应，当合金与氢氧化钠反应时，发生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，所得滤液A为NaAlO₂溶液，经途径Ⅰ与足量盐酸反应可生成AlCl₃溶液，在NaAlO₂溶液中通过过量 的二氧化碳气体，发生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，生成的氢氧化铝再和盐酸反应生成AlCl₃，途径Ⅱ得到的AlCl₃较纯净；
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，
（1）铝、铁、铜的合金中只有金属铝可以和强碱反应生成偏铝酸钠和氢气，所以滤液A的成分是偏铝酸钠，可以和过量的二氧化碳反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠，实质为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，发生的互促水解反应，
故答案为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（2）NaAlO₂溶液，经途径Ⅰ与足量盐酸反应可生成AlCl₃溶液，但溶液中混有NaCl，在NaAlO₂溶液中通过过量的二氧化碳气体，发生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，生成的氢氧化铝再和盐酸反应生成AlCl₃，途径Ⅱ得到的AlCl₃较纯净，
故答案为：途径Ⅱ；因为滤液A是NaAlO₂和NaOH溶液，按途径I直接向A中加入盐酸得到的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纯净的AlCl₃溶液．所以途径Ⅱ更合理；
（3）将混合液来制备绿矾时应先将溶液加热浓缩、然后冷却结晶，即可得到绿矾，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）铜不能和稀硫酸反应，所以滤渣F是金属铜，Cu中加入稀硫酸和H₂O₂可以制备胆矾晶体，反应方程式为：Cu+H₂SO₄+3H₂O+H₂O₂=CuSO₄?5H₂O，从环境保护的角度考虑，可先加热铜生成氧化铁，然后用氧化铜和稀硫酸反应制备胆矾，反应的方程式有2Cu+O₂

△   .

2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，
故答案为：2Cu+O₂

△   .

2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
（5）将方案中最初溶解合金的烧碱改为盐酸，铁、铝与盐酸都反应，应加入过量的氢氧化钠分离二者，消耗的试剂量更多，且操作复杂，不与原实验方案合理，
故答案为：不合理；因为后者操作步骤多，消耗的试剂量更多，时间长．

点评：本题综合考查物质的制备和性质探究等知识，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，为高考常见题型，注意把握实验的操作原理和步骤，把握相关物质的性质，难度中等．