Question

2．某兴趣小组用合金铝、铁、铜的废弃合金为原料制取硝酸铜晶体和氢氧化铝，并测定硝酸铜晶体的结晶水含量和氢氧化铝的纯度，设计的主要流程如图：

已知：Fe²⁺沉淀的pH范围为7.0～9.0；Fe³⁺沉淀的pH范围为1.9～3.2；Cu²⁺沉淀的pH范围为4.7～6.7
（1）写出合金中加入NaOH溶液后所发生的离子反应方程式2Al+2OH^?+2H₂O═2AlO₂^?+3H₂↑．试剂X的名称为硝酸．
（2）加入Z的作用是调节溶液的pH，pH范围应为3.2≤pH＜4.7；下列可作为试剂Z的是c．
a．铜粉      b．氨水     c．氧化铜       d．硫酸铜
（3）实验操作①依次是蒸发浓缩、降温结晶、过滤洗涤即可得硝酸铜晶体．
（4）测定硝酸铜晶体的结晶水含量，下列方案中肯定不可行的是bc．（选填编号）
a．称量样品→加热→冷却→称量CuO
b．称量样品→加热→冷却→称量Cu（NO₃）₂
c．称量样品→加热→用已知质量的无水氯化钙吸收水蒸气并称量
d．称量样品→加入NaOH将硝酸铜转化为氢氧化铜，→过滤→加热氢氧化铜分解生成氧化铜→冷却→称量CuO
根据流程图内数据计算：滤渣C中氢氧化铝的质量分数为$\frac{26（m-n）}{9m}$．（用m、n的代数式表示）
（6）按该流程的操作步骤，氢氧化铝质量分数的测定结果偏高的可能性是最大的，原因有滤渣C没有洗涤，混有NaHCO₃，煅烧后失重偏大；滤渣C洗涤后未烘干或烘干不达标，混有微量水，煅烧后失重偏大．

Answer 1

分析 含有铝、铁、铜的废弃合金加入过量氢氧化钠溶液过滤得到滤渣B为Cu、Fe，滤液为NaAlO₂溶液，通入过量的二氧化碳生成氢氧化铝和碳酸氢钠溶液；滤渣中加入X生成Y和溶液A，Y通入氧气反应生成X，判断X为HNO₃，Y为NO气体，溶液A为Fe（NO₃）₃，Cu（NO₃）₂，加入Z调节溶液PH使铁离子沉淀得到滤渣E为Fe（OH）₃，滤液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到硝酸铜晶体；
（1）合金中只有铝与加入NaOH溶液反应，所以离子方程式为：2Al+2OH^?+2H₂O═2 AlO₂^?+3H₂↑；
（2）铁离子完全沉淀，而铜离子不能沉淀，所以PH控制在3.2≤pH＜4.7，除杂不能引入新的杂质；
（3）从硝酸铜溶液中得到硝酸铜晶体应采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤洗涤即可得硝酸铜晶体；
（4）测定Cu（NO₃）₂•nH₂O里结晶水的含量，实验步骤为：①研磨  ②称量空坩埚和装有试样的坩埚的质量  ③加热  ④冷却  ⑤称量  ⑥重复③至⑤的操作，直到连续两次称量的质量差不超过0.1g为止  ⑦根据实验数据计算硝酸铜结晶水的含量，注意硝酸铜受热分解产物为氧化铜，据此分析判断；
（5）根据差量计量氢氧化铝的质量，然后根据质量分数为：$\frac{氢氧化铝的质量}{滤渣的总质量}×100%$，来求解；
（6）可能是碳酸氢钠的溶解度小而析出到滤渣中，或者烘干不到位的因素造成．

解答 解：（1）合金中只有铝与加入NaOH溶液反应，所以离子方程式为：2Al+2OH^?+2H₂O═2 AlO₂^?+3H₂↑，由分析可知X是硝酸，故答案为：2Al+2OH^?+2H₂O═2 AlO₂^?+3H₂↑，硝酸；
（2）铁离子完全沉淀，而铜离子不能沉淀，所以PH控制在3.2≤pH＜4.7，除杂不能引入新的杂质，加入铜粉将铁离子还原成亚铁离子，而氨水引入铵根离子，硝酸铜溶液起不到调节PH的作用，所以只能用氧化铜，故答案为：3.2≤pH＜4.7；c；
（3）从硝酸铜溶液中得到硝酸铜晶体应采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤洗涤即可得硝酸铜晶体，故答案为：蒸发浓缩、降温结晶；
（4）Cu（NO₃）₂受热易分解，其分解反应为：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑．
a．称量样品→加热→冷却→称量CuO，根据硝酸铜分解的方程式以及氧化铜的质量可测定Cu（NO₃）₂•nH₂O的结晶水含量，故a不选；
b．因硝酸铜易分解，称量样品→加热无法恰好使结晶水合物恰好分解为硝酸铜，故b选；
c．称量样品→加热→用已知质量的无水氯化钙吸收水蒸气并称量，原体系中水蒸气也被吸收，故c选；
d．称量样品→加NaOH将硝酸铜转化为氢氧化铜，→过滤→加热氢氧化铜分解生成氧化铜→冷却→称量CuO，根据铜原子守恒求解无水硝酸铜的质量，据此求解结晶水含量，故d不选；
故选bc；
（5）由2Al（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Al₂O₃+3H₂O可知水的质量为：（m-n）g，所以氢氧化铝的质量为：$\frac{78×2}{3×18}×（m-n）$，所以质量分数为：$\frac{\frac{78×2}{3×18}×（m-n）}{m}×100%$=$\frac{26（m-n）}{9m}$，故答案为：$\frac{26（m-n）}{9m}$；
（6）滤渣C没有洗涤，混有NaHCO₃，滤渣C洗涤后未烘干或烘干不达标，故答案为：滤渣C没有洗涤，混有NaHCO₃，煅烧后失重偏大；滤渣C洗涤后未烘干或烘干不达标，混有微量水，煅烧后失重偏大．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法分析，流程理解应用，掌握基础，实验基本操作是关键，题目难度中等．