Question

5．某厂的酸性工业废水中含有一定量的Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Cl^-．该厂利用如图所示的工艺流程图，利用常见的气体氧化物、酸、碱和工业生产中的废铁屑，从废水中生产出了氯化铁、氧化铝、NaCl晶体和金属铜，产生了很好的社会经济效益．

请填写下列空白：
（1）图中试剂1是废铁屑，试剂2是稀盐酸．试剂4最好是CO₂．
（2）步骤1和步骤2所用到的玻璃仪器是漏斗、玻璃棒、烧杯．
（3）步骤1反应的离子方程式为Fe+Cu²⁺═Cu+Fe²⁺，Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
（4）步骤5反应的离子方程式为AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（5）Al（OH）₃可用以下三种途径制备
①Al$\stackrel{NaOH}{→}$NaAlO₂$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$Al（OH）₃②Al$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$Al₂（SO₄）₃$\stackrel{NaOH}{→}$Al（OH）₃
③                    
上述三途径制备Al（OH）₃你认为最佳途径是③，理由是途径③中反应物的用量便于控制，不会使生成的氢氧化铝溶解，同时消耗的酸碱的量相对较少．

Answer 1

分析 酸性工业废水中含有一定量的Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Cl^-，由工艺流程图示知，溶液A中不含有铜离子，故应加入比铜活泼的金属置换出铜离子，然后把铁离子还原为液态离子，此金属还能与酸反应放出气体，故试剂1为铁屑；金属铜以及多余的铁屑进入沉淀A，然后加入稀盐酸，铁粉溶解生成溶液B，剩余沉淀B为铜粉；溶液A中剩余Na⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Cl^-，加入过量的氢氧化钠溶液可以使铝离子形成偏铝酸根留在溶液中，亚铁离子沉淀出来，故试剂3为氢氧化钠溶液，偏铝酸盐溶于中通入二氧化碳气体，偏铝酸根变成氢氧化铝沉淀出来，即沉淀D，可以防止氢氧化铝溶液，所以试剂4最好是二氧化碳，最后得NaCl，据此解答各小题即可．

解答 解：酸性工业废水中含有一定量的Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Cl^-，由工艺流程图示知，溶液A中不含有铜离子，故应加入比铜活泼的金属置换出铜离子，然后把铁离子还原为液态离子，此金属还能与酸反应放出气体，故试剂1为铁屑；金属铜以及多余的铁屑进入沉淀A，然后加入稀盐酸，铁粉溶解生成溶液B，剩余沉淀B为铜粉；溶液A中剩余Na⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Cl^-，加入过量的氢氧化钠溶液可以使铝离子形成偏铝酸根留在溶液中，亚铁离子沉淀出来，故试剂3为氢氧化钠溶液，偏铝酸盐溶于中通入二氧化碳气体，偏铝酸根变成氢氧化铝沉淀出来，即沉淀D，可以防止氢氧化铝溶液，所以试剂4最好是二氧化碳，最后得NaCl，
（1）依据分析可知，图中试剂1是废铁屑，试剂2是稀盐酸，试剂4最好是CO₂，
故答案为：废铁屑；稀盐酸；CO₂；
（2）步骤1和步骤2均为分离固体和液体操作，即过滤，过滤中使用仪器：漏斗、玻璃棒、烧杯，
故答案为：漏斗、玻璃棒、烧杯；
（3）步骤1中加入的是废铁屑，铁比铜活泼能置换出铜离子，然后把铁离子还原为亚铁离子，Fe还能与酸反应放出气体，有关反应的离子方程式为：Fe+Cu²⁺═Cu+Fe²⁺，Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，
故答案为：Fe+Cu²⁺═Cu+Fe²⁺，Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（4）步骤5为偏铝酸盐溶于中通入二氧化碳气体，偏铝酸根变成氢氧化铝沉淀出来，反应的离子方程式为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）比较三种途径中消耗的硫酸和氢氧化钠的量可以知道，途径①②消耗酸、碱的量较多，且不便于控制反应物的量，当酸或碱过量时，氢氧化铝又会溶解，所以最佳途径是③，途径③中反应物的用量便于控制，不会使生成的氢氧化铝溶解，同时消耗的酸碱的量相对较少，
故答案为：③；途径③中反应物的用量便于控制，不会使生成的氢氧化铝溶解，同时消耗的酸碱的量相对较少．

点评 本题主要考查的是从酸液废水中提取金属以及其化合物的流程，涉及：金属活动性顺序、离子反应方程式书写、氢氧化铝的两性等，综合性较强，有一定难度．