Question

20．某研究小组在实验室中将工厂废弃的合金，经过一系列的反应，制得氯化铝固体、硝酸铜晶体和铁红．其实验方案如下：

（1）该小组所用的合金中含有的金属为铁、铜、铝（填名称）．
（2）操作①、③使用的主要玻璃仪器是漏斗、烧杯、玻璃棒，简述操作②的方法：在HCl气流中蒸干水分．操作④实验操作步骤包括：加热浓缩、冷却结晶、过滤（填操作名称）、洗涤、干燥．
（3）写出滤渣B中较活泼金属与足量稀HN0₃后发生反应的离子方程式：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O、4H⁺+NO₃^-+Fe=Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（4）若该小组通过上述实验流程制得铁红80g，假设实验过程中无质量损失，则合金中铁的质量为56g；
（5）上述实验流程中符合“绿色化学”理念的做法是废物利用，利用工厂废弃物；反应产生的NO循环利用，避免污染（答出一点即可）．

Answer 1

分析 根据金属的性质结合框图转化关系和所得产品可知：合金加入氢氧化钠，滤液A→AlCl₃，铝既与酸反应又与碱反应，金属铝和氢氧化钠反应，加入NaOH溶液后金属铝溶解生成偏铝酸钠溶液，金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，滤液A中含有偏铝酸钠，滤渣B为铁、铜，铜和铁与稀硝酸能发生反应生成硝酸盐和一氧化氮、水，一氧化氮、水、氧气反应生成硝酸再循环利用，溶液C通过调节pH可以使Fe³⁺沉淀完全，滤渣E为氢氧化铁，滤液D为硝酸铜溶液，用加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥的方法得到硝酸铜晶体，灼烧氢氧化铁得到铁红．
（1）废弃的合金，经过一系列的反应，制得氯化铝固体、硝酸铜晶体和铁红，说明合金中含有的金属为铁、铜、铝；
（2）操作①、③为过滤操作，根据过滤操作的要求分析使用的主要玻璃仪器；氯化铝为强酸弱碱盐，易水解，需在HCl气流中蒸干水分，滤液D为硝酸铜溶液，用加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥的方法，得到硝酸铜晶体；
（3）滤渣B为铁、铜，铜和铁与稀硝酸能发生反应生成硝酸盐和一氧化氮、水；
（4）根据元素守恒，合金中铁的质量等于氧化铁中铁元素的质量；
（5）废弃的合金制得氯化铝固体、硝酸铜晶体和铁红为废物利用，反应产生的NO循环利用，避免污染．

解答 解：（1）根据实验方案流程，废弃的合金，经过一系列的反应，制得氯化铝固体、硝酸铜晶体和铁红，说明合金中含有的金属为铁、铜、铝，
故答案为：铜；铝；
（2）合金加入氢氧化钠，金属铝和氢氧化钠反应，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，生成氢气和易溶于水的偏铝酸钠，金属铁和金属铜不与氢氧化钠反应，操作①为过滤操作，滤渣B为铁、铜，铜和铁与稀硝酸能发生反应生成硝酸盐和一氧化氮、水，一氧化氮、水、氧气反应生成硝酸再循环利用，溶液C通过调节pH可以使Fe³⁺沉淀完全，滤渣E为氢氧化铁，操作③为过滤操作，操作①、③都为过滤操作，过滤时需要制作过滤器的漏斗、固定仪器的铁架台、引流用的玻璃棒、承接滤液的烧杯，主要玻璃仪器是漏斗、烧杯、玻璃棒，氯化铝为强酸弱碱盐，Al³⁺易水解，水解生成H⁺，水解的离子方程式为Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，所以需在HCl气流中蒸干水分，操作④获得硝酸铜晶体，用加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥的方法得到，
故答案为：漏斗、烧杯、玻璃棒；在HCl气流中蒸干水分；过滤；
（3）铜和铁与稀硝酸能发生反应生成硝酸盐和一氧化氮、水，反应为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O、4H⁺+NO₃^-+Fe=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O、4H⁺+NO₃^-+Fe=Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（4）铁红中铁元素的质量等于原合金中铁的质量，设合金中铁的质量为m
Fe₂O₃～2Fe
160    56×2
80g      m             
解得：m=56g，
故答案为：56；
（5）将工厂废弃的合金，经过一系列的反应，制得氯化铝固体、硝酸铜晶体和铁红，为废物利用，利用工厂废弃物，铜和铁与稀硝酸能发生反应生成硝酸盐和一氧化氮、水，一氧化氮、水、氧气反应生成硝酸再循环利用，避免污染，
故答案为：废物利用，利用工厂废弃物；反应产生的NO循环利用，避免污染．

点评 本题考查废弃的合金制取氯化铝固体、硝酸铜晶体和铁红的实验，主要考查的是离子反应方程式的书写，物质的分离和提纯等，综合性较强，要注意从框图转化中找出有用信息，题目难度中等．