Question

9．某工厂的废金属屑中主要成分为Cu、Fe和Al，此外还含有少量Al₂O₃和Fe₂O₃，为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如下实验流程，用该工厂的合金废料制取氯化铝、绿矾晶体（FeSO₄•7H₂O）和胆矾晶体．
请回答：
（1）写出步骤Ⅰ反应的离子方程式：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O
（2）试剂X是稀硫酸．由溶液D是NaHCO₃
（3）在步骤Ⅱ时，用如图装置制取CO₂并通入溶液A中．
一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少．为了避免固体C减少，可采取的改进措施是在装置I和Ⅱ之间增加一个盛有饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶
（4）溶液E中加入KSCN溶液无明显现象，表明滤液中不存在Fe³⁺，用离子方程式解释其可能的原因Fe³⁺被Fe、Cu氧化生成Fe²⁺．
（5）用固体F继续加入热的稀H₂SO₄，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO₄溶液；写出反应的化学方程式2Cu+O₂+2H₂OS₄=2CuSO₄+2H₂O
（6）工业上常用溶液E经进一步处理可制得净水剂Na₂FeO₄，流程如下：

①测得溶液E中c（Fe²⁺） 为0.2 mol•L^-1，若要处理1 m³溶液E，理论上需要消耗25% 的H₂O₂溶液13.6kg．
②写出由Fe（OH）₃制取Na₂FeO₄的离子方程式2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+5H₂O+3Cl^-．

Answer 1

分析 Fe、Cu、Fe₂O₃都不与NaOH溶液反应，Al和Al₂O₃可与NaOH溶液反应，用含有Al、Fe、Cu和Al₂O₃和Fe₂O₃的废金属屑制取AlCl₃、绿矾晶体（FeSO₄•7H₂O）和胆矾晶体流程为：合金中Al、Al₂O₃与NaOH反应，所得滤液A为NaAlO₂溶液，经途径Ⅱ与足量二氧化碳发生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，反应可生成Al（OH）₃固体C，生成的Al（OH）₃再和盐酸反应生成AlCl₃，得到的AlCl₃较纯净；溶液D为NaHCO₃溶液；
滤渣B为Fe和Cu的化合物，加入足量稀硫酸，得到的滤液E为FeSO₄，经蒸发浓缩、冷却结晶可得到绿矾，滤渣F为Cu，可用于制备胆矾，据此分析解答．

解答 解：Fe、Cu、Fe₂O₃都不与NaOH溶液反应，Al和Al₂O₃可与NaOH溶液反应，用含有Al、Fe、Cu和Al₂O₃和Fe₂O₃的废金属屑制取AlCl₃、绿矾晶体（FeSO₄•7H₂O）和胆矾晶体流程为：合金中Al、Al₂O₃与NaOH反应，所得滤液A为NaAlO₂溶液，经途径Ⅱ与足量二氧化碳发生AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，反应可生成Al（OH）₃固体C，生成的Al（OH）₃再和盐酸反应生成AlCl₃，得到的AlCl₃较纯净；溶液D为NaHCO₃溶液；
滤渣B为Fe和Cu的化合物，加入足量稀硫酸，得到的滤液E为FeSO₄，经蒸发浓缩、冷却结晶可得到绿矾，滤渣F为Cu，可用于制备胆矾，
（1）铝、氧化铝与氢氧化钠反应，所得滤液A为NaAlO₂溶液，反应的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（2）金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，金属铜和稀硫酸之间不反应，但是金属铁可以和稀硫酸之间反应生成硫酸亚铁和氢气，进而制的绿矾晶体，所以试剂X为稀硫酸；溶液D为NaHCO₃溶液，
故答案为：稀硫酸；NaHCO₃；
（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HCl气体，氯化氢在水中溶解了部分沉淀，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HCl的装置，二氧化碳在饱和NaHCO₃中不溶，氯化氢和NaHCO₃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NaHCO₃溶液的洗气瓶，除去二氧化碳中的氯化氢，
故答案为：在装置I和Ⅱ之间增加一个盛有饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶；
（4）溶液E中加入KSCN溶液无明显现象，表明滤液中不存在Fe³⁺，原因是Fe³⁺被Fe、Cu氧化生成Fe²⁺，所以加入KSCN溶液没有明显现象，故答案为：Fe³⁺被Fe、Cu氧化生成Fe²⁺；
（5）用固体F继续加入热的稀H₂SO₄，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO₄溶液，说明在加热条件下，Cu、氧气和稀硫酸发生氧化还原反应生成硫酸铜和水，反应的化学方程式为2Cu+O₂+2H₂OS₄=2CuSO₄+2H₂O，
故答案为：2Cu+O₂+2H₂S₄=2CuSO₄+2H₂O；
（6）E为FeSO₄，E被双氧水氧化生成Fe₂（SO₄）₃，然后调节溶液pH，将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，将沉淀溶于NaClO、NaOH溶液中得到Na₂FeO₄，
①测得溶液E中c（Fe²⁺） 为0.2 mol•L^-1，若要处理1 m³溶液E，n（Fe²⁺）=0.2mol/L×1000L=200mol，
根据转移电子守恒得n（H₂O₂）=$\frac{200mol×1}{2}$=100mol，
理论上需要消耗25% 的H₂O₂溶液质量=100mol×34g/mol÷25%=3400g=13.6kg，
故答案为：13.6；
②由Fe（OH）₃制取Na₂FeO₄的离子方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+5H₂O+3Cl^-，故答案为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+5H₂O+3Cl^-．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，涉及氧化还原反应、化学方程式的计算、离子检验、基本操作等知识点，明确化学反应原理及物质性质、基本操作是解本题关键，知道流程图中可能存在的反应及基本操作方法，知道每一种物质的成分，题目难度中等．