Question

10．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：

回答下列问题：
（1）写出合金与烧碱溶液反应的离子方程式2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，有人认为合金与烧碱溶液形成了原电池，则作为原电池负极的物质是Al．
（2）由滤液A制AlCl₃溶液的途径有①和②两种，你认为合理的是途径②．由AlCl₃溶液获得AlCl₃晶体的方法是将溶液低温蒸发浓缩过滤，所得固体在氯化氢的氛围里蒸干．
（3）用粗制氧化铜通过两种途径制取胆矾，与途径③相比，途径④明显具有的两个优点是：产生等量胆矾途径④消耗硫酸少、途径④不会产生污染大气的气体．
（4）通过途径④实现用粗制氧化铜制取胆矾，必须进行的实验操作步骤：酸溶、加热通氧气、过滤、加热浓缩、冷却结晶、过滤、自然干燥．其中“加热通氧气”所起的作用为2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O（用离子方程式表示）．
（5）在测定所得胆矾（CuSO₄•xH₂O）中结晶水x值的实验过程中：称量操作至少进行4次．若测定结果x值偏高，可能的原因是aef．
a．加热温度过高              b．胆矾晶体的颗粒较大
c．加热后放在空气中冷却      d．胆矾晶体部分风化
e．加热时胆矾晶体飞溅出来    f．所用坩埚事先未干燥（潮湿）

Answer 1

分析 含有铝、铁、铜的合金加入足量的氢氧化钠溶解，只有铝与氢氧化钠溶液反应，所以滤渣B为铁和铜，滤液中含有偏铝酸钠与剩余的NaOH，途径①加入足量的盐酸得到氯化铝溶液，途径②通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀，氢氧化铝用盐酸溶解得到氯化铝．滤渣B中用稀硫酸溶解，Cu不反应，过滤分离，滤渣F为Cu、滤液E中含有硫酸亚铁，经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作得到绿矾．粗制氧化铜反应得到硫酸铜，再经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作得到蓝矾．
（1）Al与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气；合金与烧碱溶液形成了原电池，Fe、Cu不与氢氧化钠溶液溶液，则Al作负极；
（2）途径①所得的溶液中含有NaCl；应防止氯化铝溶液在加热蒸发过程中水解；
（3）根据消耗硫酸用量及是否生成污染空气的气体分析；
（4）酸性条件下，氧气与粗制氧化铜中的Cu反应得到Cu²⁺，过滤除去不溶物后，经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作得到蓝矾；
（5）先称量样品与坩埚质量，再加热分解，称量加热后总质量，两次处理误差在系统误差范围内，说明完全失去结晶水；
a．加热温度过高，硫酸铜可能分解；
b．胆矾晶体的颗粒较大，结晶水不能完全失去；
c．加热后放在空气中冷却，有吸收空气中水蒸气；
d．胆矾晶体部分风化，晶体中结晶水的质量偏小；
e．加热时胆矾晶体飞溅出来，失去的晶体全部按结晶水质量计算；
f．所用坩埚事先未干燥（潮湿），沉淀结晶水的质量偏大．

解答 解：含有铝、铁、铜的合金加入足量的氢氧化钠溶解，只有铝与氢氧化钠溶液反应，所以滤渣B为铁和铜，滤液中含有偏铝酸钠与剩余的NaOH，途径①加入足量的盐酸得到氯化铝溶液，途径②通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀，氢氧化铝用盐酸溶解得到氯化铝．滤渣B中用稀硫酸溶解，Cu不反应，过滤分离，滤渣F为Cu、滤液E中含有硫酸亚铁，经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作得到绿矾．粗制氧化铜反应得到硫酸铜，再经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作得到蓝矾．
（1）Al与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气，反应离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，合金与烧碱溶液形成了原电池，Fe、Cu不与氢氧化钠溶液溶液，则Al作负极，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；Al；
（2）途径①所得的溶液中含有NaCl，途径②是利用氢氧化铝与盐酸反应得到氯化铝，制得氯化铝比较纯，途径②更合理，氯化铝溶液在加热蒸发过程中应防止水解，具体操作为：将溶液低温蒸发浓缩过滤，所得固体在氯化氢的氛围里蒸干，
故答案为：途径②；将溶液低温蒸发浓缩过滤，所得固体在氯化氢的氛围里蒸干；
（3）途径③中Cu会与浓硫酸反应生成硫酸铜与二氧化硫，途径④中Cu与硫酸、氧气反应生成硫酸铜，与途径③相比，途径④明显具有的两个优点是：产生等量胆矾途径④消耗硫酸少、途径④不会产生污染大气的气体，
故答案为：产生等量胆矾途径④消耗硫酸少、途径④不会产生污染大气的气体；
（4）酸性条件下，氧气与粗制氧化铜中的Cu反应得到Cu²⁺，反应离子方程式为：2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O，过滤除去不溶物后，经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作得到蓝矾，
故答案为：加热浓缩、过滤；2Cu+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2H₂O；
（5）先称量样品与坩埚质量，再加热分解，称量加热后总质量，两次处理误差在系统误差范围内，说明完全失去结晶水，至少进行4次质量称量；
a．加热温度过高，硫酸铜可能分解，测定结晶水质量偏大，导致x值偏高；
b．胆矾晶体的颗粒较大，结晶水不能完全失去，测定结晶水质量偏小，导致x值偏低；
c．加热后放在空气中冷却，有吸收空气中水蒸气，测定结晶水质量偏小，导致x值偏低；
d．胆矾晶体部分风化，晶体中结晶水的质量偏小，导致x值偏低；
e．加热时胆矾晶体飞溅出来，失去的晶体全部按结晶水质量计算，测定结晶水质量偏大，导致x值偏高；
f．所用坩埚事先未干燥（潮湿），沉淀结晶水的质量偏大，导致x值偏高，
故答案为：4；aef．

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及多操作的分析评价、物质的分离提纯、物质含量测定等，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，难度中等．