题目内容

9.某废金属屑中主要成分为Cu、Fe、Al,还含有少量的铜锈[Cu2(OH)2CO3]、少量的铁锈和少量的氧化铝,用上述废金属屑制取胆矾(CuSO4•5H2O)、无水AlCl3和铁红的过程如图所示:
请回答:
(1)在废金属屑粉末中加入试剂A,生成气体1的反应的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑.
(2)溶液2中含有的金属阳离子是Fe2+;气体2的成分是CO2和H2.
(3)溶液2转化为固体3的反应的离子方程式是4Fe2++8OH-+O2+2H2O═4Fe(OH)3↓.
(4)利用固体2制取CuSO4溶液有多种方法.
①在固体2中加入浓H2SO4并加热,使固体2全部溶解得CuSO4溶液,反应的化学方程式是Cu+2H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O.
②在固体2中加入稀H2SO4后,通入O2并加热,使固体2全部溶解得CuSO4溶液,反应的离子方程式是2Cu+4H++O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu2++2H2O.
(5)溶液1转化为溶液4过程中,不在溶液1中直接加入试剂C,理由是若在溶液1中直接加入盐酸,会使溶液4中混有试剂A中的阳离子(如Na+等),而不是纯净的AlCl3溶液
(6)直接加热AlCl3•6H2O不能得到无水AlCl3,SOCl2为无色液体,极易与水反应生成HCl和一种具有漂白性的气体.AlCl3•6H2O与SOCl2混合加热制取无水AlCl3,反应的化学方程式是AlCl3•6H2O+6SOCl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl3+12HCl↑+6SO2↑.

分析 废金属中加入过量试剂A,根据图知,金属Al经过一系列反应生成无水AlCl3,根据元素守恒知,滤液1中含有Al元素,Cu和Fe不和A反应,则A为NaOH;
Al、Al2O3和NaOH溶液反应都生成NaAlO2,同时生成H2,则气体1是H2、固体1是Cu和Fe、[Cu2(OH)2CO3]、铁锈;
溶液1中通入CO2,发生反应NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3,固体4是Al(OH)3,溶液3是NaHCO3;
固体4和试剂C反应生成溶液4,根据元素守恒知,试剂C是稀盐酸,带结晶水的氯化铝失水生成无水AlCl3;
固体1和试剂B反应得到固体2、溶液2和气体2,固体2能得到CuSO4,则固体2为Cu,从硫酸铜溶液中蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到胆矾;
Fe和试剂B反应生成气体2,气体2和试剂A反应生成H2,则气体2中含有CO2、H2;
反应中Fe3+、Cu2+和Fe反应生成Fe2+,溶液2中含有Fe2+,向溶液2中加入过量试剂A得到固体3为Fe(OH)3,灼烧Fe(OH)3得到铁红Fe2O3,据此分析解答.

解答 解:废金属中加入过量试剂A,根据图知,金属Al经过一系列反应生成无水AlCl3,根据元素守恒知,滤液1中含有Al元素,Cu和Fe不和A反应,则A为NaOH;Al、Al2O3和NaOH溶液反应都生成NaAlO2,同时生成H2,则气体1是H2、固体1是Cu和Fe、[Cu2(OH)2CO3]、铁锈;
溶液1中通入CO2,发生反应NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3,固体4是Al(OH)3,溶液3是NaHCO3;
固体4和试剂C反应生成溶液4,根据元素守恒知,试剂C是稀盐酸,带结晶水的氯化铝失水生成无水AlCl3;
固体1和试剂B反应得到固体2、溶液2和气体2,固体2能得到CuSO4,则固体2为Cu,从硫酸铜溶液中蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到胆矾;
Fe和试剂B反应生成气体2,气体2和试剂A反应生成H2,则气体2中含有CO2、H2;
反应中Fe3+、Cu2+和Fe反应生成Fe2+,溶液2中含有Fe2+,向溶液2中加入过量试剂A得到固体3为Fe(OH)3,灼烧Fe(OH)3得到铁红Fe2O3,
(1)试剂A是NaOH溶液,Al、Al2O3都和NaOH反应生成偏铝酸钠,只有Al和NaOH反应生成氢气,离子方程式为2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑,
故答案为:2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑;
(2)通过以上分析知,溶液2中含有的金属阳离子是Fe2+;气体2的成分是CO2和H2,
故答案为:Fe2+;CO2和H2;
(3)溶液2转化为固体3的反应是亚铁离子和NaOH、氧气的反应,该反应的离子方程式是4Fe2++8OH-+O2+2H2O═4Fe(OH)3↓,
故答案为:4Fe2++8OH-+O2+2H2O═4Fe(OH)3↓;
(4)①固体2是Cu,在固体2中加入浓H2SO4并加热,使固体2全部溶解得CuSO4溶液,反应的化学方程式是Cu+2H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O,
故答案为:Cu+2H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O;
②在固体2中加入稀H2SO4后,通入O2并加热,使固体2全部溶解得CuSO4溶液,反应的离子方程式是2Cu+4H++O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu2++2H2O,
故答案为:2Cu+4H++O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu2++2H2O;
(5)溶液1转化为溶液4过程中,不在溶液1中直接加入试剂C,理由是若在溶液1中直接加入盐酸,会使溶液4中混有试剂A中的阳离子(如Na+等),而不是纯净的AlCl3溶液,
故答案为:若在溶液1中直接加入盐酸,会使溶液4中混有试剂A中的阳离子(如Na+等),而不是纯净的AlCl3溶液;
(6)氯化铝易水解,所以直接加热得不到氯化铝,需要在氯化氢的气氛中加热;SOCl2为无色液体,极易与水反应生成HCl和一种具有漂白性的气体,所以根据原子守恒可知,该气体应该是二氧化硫,则反应的方程式是AlCl3•6H2O+6SOCl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl3+12HCl↑+6SO2↑,故答案为:AlCl3•6H2O+6SOCl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$AlCl3+12HCl↑+6SO2↑.

点评 本题考查混合物的分离和提纯,为高频考点,涉及物质制备、氧化还原反应、等知识点,明确物质性质差异性是解本题关键,难点是判断各物质成分及发生的反应,题目难度中等.

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