Question

为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如图1所示实验方案，用含有铝、铁和铜的合金制取氯化铝、绿矾晶体（FeSO₄?7H₂O）和胆矾晶体．

请回答：
（1）步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需进行的实验操作是

 

．
（2）溶液A中的离子主要有

 

；试剂X是

 

．
（3）进行步骤Ⅱ时，该小组用如图2所示装置及试剂将制得的CO₂气体通入溶液A中．一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀逐渐减少，其原因是

 

（用离子方程式表示）；为了避免固体C减少，根据如图所示，改进的措施是

 

．
（4）从环境保护角度考虑，用固体F制备CuSO₄溶液的化学方程式是

 

．

Answer 1

分析：（1）固体和液体的分离用过滤法；
（2）根据步骤Ⅰ加过量的氢氧化钠发生的反应进行解答；
（3）制得的CO₂气体中混有氯化氢气体，用饱和的碳酸氢钠除去；
（4）固体F为铜，根据铜、稀硫酸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．

解答：解：（1）步骤Ⅰ加过量的氢氧化钠，金属铝和氢氧化钠反应，金属铝溶解其中生成偏铝酸钠溶液，金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，将它们分离用过滤；步骤Ⅰ过滤得到的滤液成分为偏铝酸钠，步骤Ⅱ中向偏铝酸钠中通入足量的二氧化碳，会得到纯净的氢氧化铝沉淀，溶液中的溶质为碳酸氢钠，将它们分离用过滤；步骤Ⅲ中金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，铁和硫酸反应而金属铜不反应将它们分离用过滤，
故答案为：过滤；
（2）步骤Ⅰ加过量的氢氧化钠，因铝与碱反应生成偏铝酸钠和氢气，离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，所以溶液A中的离子主要有AlO₂^-、Na⁺、OH^-；本实验的目的是用含有铝、铁和铜的合金制取氯化铝、绿矾晶体（FeSO₄?7H₂O）和胆矾晶体，金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁而金属铜不反应，可以实现三种金属的分离，所以试剂X是稀硫酸，
故答案为：AlO₂^-、Na⁺、OH^-；稀硫酸；
（3）进行步骤Ⅱ时，该小组用如图2所示装置及试剂将制得的CO₂气体通入溶液A中．一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀逐渐减少，其原因是二氧化碳气体中含有从盐酸中挥发出的氯化氢气体，氯化氢在水中溶解了部分沉淀氢氧化铝，发生的反应为Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O，为了避免固体C减少，可在制取二氧化碳的收集装置中增加一个洗去氯化氢的装置，二氧化碳在饱和碳酸氢钠中不溶，氯化氢和碳酸氢钠反应生成二氧化碳气体，所以可在装置I和Ⅱ之间增加一个盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶，除去二氧化碳中的氯化氢，
故答案为：Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O；在装置I和Ⅱ之间增加一个盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶；
（4）依据流程图可知：固体F为铜，铜不能和稀硫酸反应，但是当加热并通入空气之后，铜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，硫酸铜溶液是蓝色的，由于各反应物是混合接触在一起的，这两个反应是同时进行的，所以氧化铜没机会单独的存在，故我们可以认为反应物为氧气、铜和硫酸，而生成物为硫酸铜和水，故该反应的化学方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，
故答案为：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O．

点评：本题是对物质的分离和提纯知识点的考查，注意掌握铝、铁和铜及其化合物的性质是解答本题的关键，题目难度不大．