Question

6．铝、铁、铜及其合金具有广泛的应用，某学校化学兴趣小组为探究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AlCl₃溶液和胆矾晶体（CuSO₄•5H₂O），其实验方案如下：

请回答下列问题：
（1）将合金研磨成合金粉的目的是增大反应物的接触面积，使反应速率加快．
（2）写出步骤I中发生反应的化学方程式：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
（3）硫酸铜溶液经过“一系列步骤”制得胆矾，此“一系列步骤”依次为蒸发浓缩、冷却结晶、和过滤．
（4）在滤液B转化为沉淀E的过程中盐酸的用量不易控制，可将加入适量的盐酸改为通入一种气体，该气体的电子式为，写出更改试剂（气体过量）后生成沉淀E所发生反应的离子方程式：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（5）该小组成员从资料中获知H₂O₂是一种绿色氧化剂，在滤渣D中加入稀硫酸和H₂O₂可制得CuSO₄，写出该反应的离子方程式：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O．
（6）下面两种方法也可以制备硫酸铜：
方法一：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O
方法二：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O
假如某工厂欲生产CuSO₄，请选择一种方法，并说明理由：方法一中硫酸原料利用率高，对环境污染小．

Answer 1

分析 合金中铝具有两性，能与氢氧化钠反应，故滤渣A是金属Fe和金属Cu，滤液中含有偏铝酸根离子，滤渣A中加入稀硫酸F溶解，Cu不溶解，故滤渣D使金属Cu，滤液C中含有亚铁离子，滤液B中加入适量HCl生成氢氧化铝沉淀，再加入适量盐酸变为氯化铝溶液；
（1）研磨成粉末可以增大反应物的接触面积，从化学反应速率方面考虑即可；
（2）铝、铁和铜三种金属中，只有金属铝能与氢氧化钠溶液反应，依据氧化还原反应原理书写方程式即可；
（3）从溶液中得到固体物质需经过：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤和洗涤操作，据此解答即可；
（4）氢氧化铝具有两性，即溶于强酸也溶于强碱，但是不溶于弱酸，据此解答即可；
（5）根据铜、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；
（6）依据两个方案的生成物和反应物的用量以及是否有污染进行分析．

解答 解：（1）把合金研磨成合金粉，即把块状固体研磨成细小的颗粒，增大了反应物的接触面积，有利于反应进行，即加快了化学反应速率，故答案为：增大反应物的接触面积，使反应速率加快；
（2）三种金属只有金属铝是两性金属，与氢氧化钠的溶液反应，反应生成氢气、偏铝酸钠，化学反应方程式为2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（3）从溶液中得到固体物质需经过：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤和洗涤操作，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）偏铝酸钠溶于过量的HCl会直接生成氯化铝而得不到氢氧化铝沉淀，氢氧化铝不溶于弱酸，故利用碳酸的弱酸性代替HCl，此气体为二氧化碳，电子式为，偏铝酸钠中通入过量的二氧化碳气体生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，离子反应方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（5）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，离子反应方程式为Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O，
故答案为：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；
（6）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，所以方案一最佳，故答案为：方案一中硫酸原料利用率高，对环境污染小．

点评 本题是对物质的分离和提纯知识点的考查，题目难度不是很大，掌握常见物质的制取方法以及氧化还原反应原理是解决本题的关键，注意整理．