Question

3．某学校化学兴趣小组为探索金属回收物的综合利用，专门设计实验用含有铝、铁、铜的合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体（FeSO₄•7H₂O）和胆矾晶体（CuSO₄•5H₂O），其实验方案如下：

请回答下列问题：
（1）过滤用的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒．
（2）在滤液C转化为沉淀Ⅱ的过程中盐酸的用量不易控制，可改为通CO₂气体，写出滤液C中通入过量CO₂的离子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．写出由沉淀Ⅱ转化为AlCl₃溶液的离子方程式：Al（OH）₃+3H⁺═Al³⁺+3H₂O．
（3）小组成员经过检测，发现制得的绿矾不纯，试分析其主要含有哪些杂质：氯化钠、硫酸钠、硫酸铁，要想由沉淀Ⅰ最终制得纯度较高的绿矾，应如何改进向溶液D中加入足量铁粉，反应后过滤，再将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤即可得纯度较高的绿矾
（4）小组成员从资料中获知H₂O₂是一种绿色氧化剂，在滤渣B中加入稀硫酸和H₂O₂来制备胆矾晶体，则该反应的总化学方程式为Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O═CuSO₄•5H₂O（或Cu+H₂O₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O．
（5）有同学提出可将方案中最初溶解合金的盐酸改为烧碱，重新设计方案，也能最终制得三种物质，你认为第二种方案相对于第一种方案更合理（填“更合理”或“不合理”），理由是一种方案操作步骤多、时间长、消耗试剂量大．

Answer 1

分析 合金铝、铁、铜加入足量盐酸溶解后过滤，得到滤液A为氯化铝、氯化亚铁，加入足量氢氧化钠溶液过滤得到滤液C为偏铝酸钠溶液，加入适量盐酸过滤得到氢氧化铝沉淀，氢氧化铝加入盐酸溶解生成氯化铝溶液；沉淀Ⅰ为氢氧化亚铁，加入硫酸生成硫酸亚铁，溶液D蒸发结晶得到绿矾晶体，
（1）根据过滤实验用到的仪器来回答；
（2）滤液C中含有偏铝酸钠，通入过量CO₂生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，沉淀Ⅱ为氢氧化铝，与盐酸反应转化为AlCl₃溶液；
（3）制得的绿矾不纯，部分亚铁离子被氧化为铁离子，要想由沉淀I最终制得纯度较高的绿矾，需要向D溶液中加入过量铁粉还原铁离子过滤后溶液通过操作得到晶体；
（4）铜、稀硫酸、双氧水的性质来判断反应的发生，并结合质量守恒定律写出该反应的化学方程式；
（5）根据实验中的酸和碱的量的情况来对比回答．

解答 解：合金铝、铁、铜加入足量盐酸溶解后过滤，得到滤液A为氯化铝、氯化亚铁，加入足量氢氧化钠溶液过滤得到滤液C为偏铝酸钠溶液，加入适量盐酸过滤得到氢氧化铝沉淀加入盐酸溶解生成氯化铝溶液；沉淀Ⅰ为氢氧化亚铁，加入硫酸生成硫酸亚铁溶液D蒸发结晶得到绿矾晶体，
（1）过滤实验用到的仪器有：滤纸、铁架台、铁圈、烧杯、玻璃棒和漏斗，故答案为：烧杯、漏斗、玻璃棒；
（2）滤液C中含有偏铝酸钠，通入过量CO₂生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，反应的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，沉淀Ⅱ为氢氧化铝，与盐酸反应转化为AlCl₃溶液，反应的离子方程式为Al（OH）₃+3H⁺═Al³⁺+3H₂O，
故答案为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；Al（OH）₃+3H⁺═Al³⁺+3H₂O；
（3）发现制得的绿矾不纯，含有氯化钠、硫酸钠、硫酸铁，是因为亚铁离子被氧化为铁离子，要想由沉淀I最终制得纯度较高的绿矾，需要向D溶液中加入过量铁粉还原铁离子为亚铁离子，过滤得到溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到绿矾晶体；
故答案为：氯化钠、硫酸钠、硫酸铁；向溶液D中加入足量铁粉，反应后过滤，再将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤即可得纯度较高的绿矾；
（4）铜与浓硫酸反应生成有毒有污染的二氧化硫气体，若铜先和氧气反应生成氧化铜，然后氧化铜会和硫酸反应生成硫酸铜，不会产生污染大气的气体，该过程原料利用率高，所以途径②最佳，Cu中加入稀硫酸和H₂O₂可以制备胆矾晶体，反应方程式为：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）；
（5）在实验原方案中，需要的是适量的酸，且步骤繁琐，这很难控制，改用烧碱，首先分离出来铝，然后加入硫酸，分离出铁，最后得铜的化合物，故比较合理，
故答案为：更合理；前一种方案操作步骤多、时间长、消耗试剂量大．

点评 本题考查物质的制备，为高考常见题型，题目涉及常见仪器的使用方法、物质的分离和提纯等知识，难度中等，试题涉及的题量稍大，知识点较多，充分考查了学生分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．