Question

某化學(xué)興趣小組用含有鋁、鐵、銅的合金制取純凈的氯化鋁溶液、綠礬晶體和膽礬晶體，以探索工業(yè)廢料的再利用．其實(shí)驗(yàn)方案如下：

試回答下列問題：
（1）寫出濾液A轉(zhuǎn)化為沉淀D的離子方程式

 

．
（2）由濾液A制AlCl₃溶液有途徑I和途徑Ⅱ兩種，你認(rèn)為合理的是

 

，理由是

 

．
（3）從濾液E中得到綠礬的實(shí)驗(yàn)操作是

 

．
（4）按環(huán)保要求，寫出用濾渣F制備膽礬的各步反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（5）有同學(xué)提出可將方案中最初溶解合金的燒堿改為鹽酸，重新設(shè)計(jì)方案，也能得到三種物質(zhì)，你認(rèn)為后者的方案是否更合理

 

，理由是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：鋁可與氫氧化鈉反應(yīng)，當(dāng)合金與氫氧化鈉反應(yīng)時，發(fā)生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，所得濾液A為NaAlO₂溶液，經(jīng)途徑Ⅰ與足量鹽酸反應(yīng)可生成AlCl₃溶液，在NaAlO₂溶液中通過過量 的二氧化碳?xì)怏w，發(fā)生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，生成的氫氧化鋁再和鹽酸反應(yīng)生成AlCl₃，途徑Ⅱ得到的AlCl₃較純凈；
濾渣B為Fe和Cu的化合物，加入足量稀硫酸，得到的濾液E為FeSO₄，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得到綠礬，濾渣F為Cu，可用于制備膽礬，以此解答該題．

解答： 解：鋁可與氫氧化鈉反應(yīng)，當(dāng)合金與氫氧化鈉反應(yīng)時，發(fā)生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，所得濾液A為NaAlO₂溶液，經(jīng)途徑Ⅰ與足量鹽酸反應(yīng)可生成AlCl₃溶液，在NaAlO₂溶液中通過過量 的二氧化碳?xì)怏w，發(fā)生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，生成的氫氧化鋁再和鹽酸反應(yīng)生成AlCl₃，途徑Ⅱ得到的AlCl₃較純凈；
濾渣B為Fe和Cu的化合物，加入足量稀硫酸，得到的濾液E為FeSO₄，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得到綠礬，濾渣F為Cu，可用于制備膽礬，
（1）鋁、鐵、銅的合金中只有金屬鋁可以和強(qiáng)堿反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，所以濾液A的成分是偏鋁酸鈉，可以和過量的二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁和碳酸氫鈉，實(shí)質(zhì)為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，發(fā)生的互促水解反應(yīng)，
故答案為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（2）NaAlO₂溶液，經(jīng)途徑Ⅰ與足量鹽酸反應(yīng)可生成AlCl₃溶液，但溶液中混有NaCl，在NaAlO₂溶液中通過過量的二氧化碳?xì)怏w，發(fā)生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，生成的氫氧化鋁再和鹽酸反應(yīng)生成AlCl₃，途徑Ⅱ得到的AlCl₃較純凈，
故答案為：途徑Ⅱ；因?yàn)闉V液A是NaAlO₂和NaOH溶液，按途徑I直接向A中加入鹽酸得到的AlCl₃溶液中含有大量的NaCl雜質(zhì)，按途徑Ⅱ，通入CO₂氣體，得Al（OH）₃沉淀，將Al（OH）₃溶解于鹽酸中得到的是純凈的AlCl₃溶液．所以途徑Ⅱ更合理；
（3）將混合液來制備綠礬時應(yīng)先將溶液加熱濃縮、然后冷卻結(jié)晶，即可得到綠礬，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（4）銅不能和稀硫酸反應(yīng)，所以濾渣F是金屬銅，Cu中加入稀硫酸和H₂O₂可以制備膽礬晶體，反應(yīng)方程式為：Cu+H₂SO₄+3H₂O+H₂O₂=CuSO₄?5H₂O，從環(huán)境保護(hù)的角度考慮，可先加熱銅生成氧化鐵，然后用氧化銅和稀硫酸反應(yīng)制備膽礬，反應(yīng)的方程式有2Cu+O₂

△   .

2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，
故答案為：2Cu+O₂

△   .

2CuO、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O；
（5）將方案中最初溶解合金的燒堿改為鹽酸，鐵、鋁與鹽酸都反應(yīng)，應(yīng)加入過量的氫氧化鈉分離二者，消耗的試劑量更多，且操作復(fù)雜，不與原實(shí)驗(yàn)方案合理，
故答案為：不合理；因?yàn)楹笳卟僮鞑襟E多，消耗的試劑量更多，時間長．

點(diǎn)評：本題綜合考查物質(zhì)的制備和性質(zhì)探究等知識，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，為高考常見題型，注意把握實(shí)驗(yàn)的操作原理和步驟，把握相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)，難度中等．