Question

8．垃圾是放错地方的资源，工业废料也可以再利用．某化学兴趣小组在实验室中用废弃的含铝、铁、铜的合金制取硫酸铝溶液、硝酸铜晶体和铁红（Fe₂O₃）．实验方案如图：

（1）写出滤液A中加入足量硫酸后所发生反应的离子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）已知Fe（OH）₃沉淀的pH是3～4，溶液C通过调节pH可以使Fe³⁺沉淀完全．下列物质中可用作调整溶液C的pH的试剂是CD（填序号）．
A．铜粉　　　　B．氨水         C．氢氧化铜  D．碳酸铜
（3）常温，若溶液C中金属离子均为1mol•L^-1，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20．控制pH=4，溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-8，此时无Cu（OH）₂沉淀生成（填“有”或“无”）．
（4）将20mL Al₂（SO₄）₃溶液与等物质的量浓度的Ba（OH）₂溶液80mL混合，反应的离子方程式为2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+8OH^-═3BaSO₄↓+2AlO₂^-+4H₂O．

Answer 1

分析 合金与足量KOH作用，反应后所得滤液A为KAlO₂，滤渣B为铁和铜，加入硝酸，得到的溶液C为硝酸铜和硝酸铁的混合物，铁离子易水解，可通过调节溶液pH的方法制得氢氧化铁沉淀，即E为氢氧化铁，D为硝酸铜溶液，经蒸发、结晶可得到硝酸铜晶体，
（1）铝、铁、铜的合金中只有铝与KOH溶液反应，生成AlO₂^-和H₂；
（2）溶液C通过调节pH可以使Fe³⁺沉淀完全，加入的物质能消耗氢离子，但是不能引入新的杂质；
（3）根据Ksp[Fe（OH）₃]和溶液中氢氧根离子的浓度计算c（Fe³⁺）；Qc与Ksp[Cu（OH）₂]的相对大小判断；
（4）将20mL Al₂（SO₄）₃溶液与等物质的量浓度的Ba（OH）₂溶液70mL混合，则二者的物质的量之比为2：7，根据物质的量关系写方程式．

解答 解：合金与足量KOH作用，反应后所得滤液A为KAlO₂，滤渣B为铁和铜，加入硝酸，得到的溶液C为硝酸铜和硝酸铁的混合物，铁离子易水解，可通过调节溶液pH的方法制得氢氧化铁沉淀，即E为氢氧化铁，D为硝酸铜溶液，经蒸发、结晶可得到硝酸铜晶体，
（1）铝、铁、铜的合金中只有铝与KOH溶液反应，生成AlO₂^-和H₂，反应的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）溶液C通过调节pH可以使Fe³⁺沉淀完全，应加入CuO、碱式碳酸铜或氢氧化铜，而加入铜粉生成Fe²⁺，加入氨水引入新的杂质，
故答案为：CD；
（3）已知溶液的pH=4，则c（H⁺）=10^-4mol/L，c（OH^-）=10^-10mol/L，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），所以c（Fe³⁺）=4.0×10^-8mol/L；
已知溶液中氢氧根离子的浓度为10^-10mol/L，则Qc=c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=1×（10^-10）²=10^-20＜Ksp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，所以没有氢氧化铜沉淀生成；
故答案：4.0×10^-8；无；
（4）将20mL Al₂（SO₄）₃溶液与等物质的量浓度的Ba（OH）₂溶液80mL混合，则二者的物质的量之比为1：4，则反应时铝离子与氢氧根离子的物质的量之比为1：4，所以铝元素以偏铝酸根离子形式存在，其离子方程式为：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+8OH^-═3BaSO₄↓+2AlO₂^-+4H₂O；
故答案为：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+8OH^-═3BaSO₄↓+2AlO₂^-+4H₂O．

点评 本题主要考查了物质的分离提纯和制备，题目涉及离子反应方程式的书写、除杂质、氧化还原反应、溶度积的有关计算等，综合性较强，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．