Question

19．為探索工業(yè)含鋁、鐵、銅合金廢料的再利用，甲同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如圖：

請(qǐng)回答：
（1）操作①用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒．
（2）寫(xiě)出反應(yīng)①的化學(xué)方程式：2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al（OH）₄]+3H₂↑，反應(yīng)②的離子反應(yīng)方程式：[Al（OH）₄]^-+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，檢測(cè)濾液D中含有的金屬離子（試劑自選）取少量濾液D加入NaOH溶液，產(chǎn)生白色沉淀，沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色．
（4）在濾渣E中加入稀硫酸和試劑Y制膽礬晶體是一種綠色化學(xué)工藝，試劑Y為無(wú)色液體，反應(yīng)④的總化學(xué)方程式是Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O=CuSO₄•5H₂O或Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O．
（5）乙同學(xué)在甲同學(xué)方案的基礎(chǔ)上提出用濾渣B來(lái)制備FeCl₃•6H₂O晶體，在濾渣中滴加鹽酸時(shí)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率比同濃度鹽酸與純鐵粉反應(yīng)要快，其原因是銅、鐵與稀硫酸形成了原電池．
（6）將濾渣B的均勻混合物平均分成四等份，分別加入同濃度的稀硝酸，充分反應(yīng)后，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下生成NO的體積與剩余金屬的質(zhì)量見(jiàn)表（設(shè)硝酸的還原產(chǎn)物只有NO）．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	①	②	③	④
稀硝酸體積（mL）	100	200	300	400
剩余金屬質(zhì)量（g）	9.0	4.8	0	0
NO體積（L）	1.12	2.24	3.36	4.48

則硝酸的濃度為2mol/L；③中溶解銅的質(zhì)量為4.8g．

Answer 1

分析 根據(jù)金屬的性質(zhì)結(jié)合框圖轉(zhuǎn)化關(guān)系和所得產(chǎn)品選擇合適的試劑．由濾液A→溶液F（AlCl₃）可知，濾液A中含有溶解的鋁元素，根據(jù)鋁既與酸反應(yīng)又與堿反應(yīng)可知，鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)．鐵、銅與氫氧化鈉不反應(yīng)，所以濾渣B為鐵、銅．根據(jù)產(chǎn)品綠礬，反應(yīng)③為稀硫酸與鐵反應(yīng)，所以濾液E為硫酸亞鐵溶液，濾渣F為銅．銅到硫酸銅，可用濃硫酸與銅加熱制取，但會(huì)產(chǎn)生污染氣體二氧化硫，所以采用銅與過(guò)氧化氫和硫酸一起反應(yīng)生成硫酸銅的方法．
（1）進(jìn)行過(guò)濾操作時(shí)，所用到的玻璃儀器主要有燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）金屬鋁可以和強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣；偏鋁酸鹽可以和二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀；
（3）根據(jù)亞鐵離子的檢驗(yàn)方法來(lái)回答；
（4）雙氧水是一種綠色氧化劑，可以實(shí)現(xiàn)金屬銅和硫酸之間的反應(yīng)；
（5）在濾渣B中滴加鹽酸時(shí)，溶液中銅、鐵與鹽酸形成了原電池；
（6）加入100mL硝酸時(shí)，金屬有剩余，說(shuō)明金屬溶解生成二價(jià)離子且硝酸完全反應(yīng)生成硝酸銀和NO，n（NO）=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，生成NO和消耗硝酸之間的關(guān)系式為2NO----8HNO₃，據(jù)此計(jì)算硝酸濃度；
②100-200mL時(shí)，溶解金屬質(zhì)量=9.0g-4.8g=4.2g，金屬有剩余，說(shuō)明生成的金屬陽(yáng)離子是二價(jià)鐵離子，增加n（NO）=$\frac{2.24-1.12}{22.4}$=0.05mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.05mol×（5-2）}{2-0}$=0.075mol，金屬平均摩爾質(zhì)量=$\frac{4.2g}{0.075mol}$=56g/mol，所以溶解的是Fe；且0-100mL溶解的鐵和100-200mL溶解的鐵質(zhì)量相等，所以0-100mL溶解的Fe為8.4g；200-300mL時(shí)，溶解金屬質(zhì)量=4.8-0=4.8，增加n（NO=0.05mol假設(shè)溶解的完全是銅，
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.05mol×（5-2）}{2-0}$=0.075mol，金屬平均摩爾質(zhì)量=$\frac{4.8g}{0.075mol}$=64g/mol；

解答 解：（1）操作①過(guò)濾，濾操作時(shí)，所用到的玻璃儀器主要有燒杯、漏斗、玻璃棒；故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）①金屬鋁可以和強(qiáng)堿氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)生成四羥基合鋁酸鈉和氫氣，即2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al（OH）₄]+3H₂↑，故答案為：2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al（OH）₄]+3H₂↑；
②四羥基合鋁酸鈉中通入二氧化碳，則可以和二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，即[Al（OH）₄]^-+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案為：[Al（OH）₄]^-+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）亞鐵離子可以和強(qiáng)堿反應(yīng)生成氫氧化亞鐵沉淀，迅速被氧化為氫氧化鐵，故亞鐵離子的檢驗(yàn)方法：取少量濾液D加入NaOH溶液，產(chǎn)生白色沉淀，沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，故答案為：取少量濾液D加入NaOH溶液，產(chǎn)生白色沉淀，沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色；
（4）雙氧水是一種綠色氧化劑，在雙氧水的作用下，金屬銅可以和硫酸發(fā)生反應(yīng)：Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O=CuSO₄•5H₂O或Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O，故答案為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄+3H₂O=CuSO₄•5H₂O或Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
（5）在濾渣B中滴加鹽酸時(shí)，溶液中銅、鐵與鹽酸形成了許多微小的原電池，構(gòu)成了電化學(xué)腐蝕，加快了反應(yīng)速率，故答案為：銅、鐵與稀硫酸形成了原電池；
（6）加入100mL硝酸時(shí)，金屬有剩余，說(shuō)明金屬溶解生成二價(jià)離子且硝酸完全反應(yīng)生成硝酸銀和NO，n（NO）=$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.05mol，生成NO和消耗硝酸之間的關(guān)系式為2NO----8HNO₃，c（HNO₃）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.05×4}{0.1}$=2mol/L，
故答案為：硝酸的濃度為2mol/L；
②100-200mL時(shí)，溶解金屬質(zhì)量=9.0g-4.8g=4.2g，金屬有剩余，說(shuō)明生成的金屬陽(yáng)離子是二價(jià)鐵離子，增加n（NO）=$\frac{2.24-1.12}{22.4}$=0.05mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.05mol×（5-2）}{2-0}$=0.075mol，金屬平均摩爾質(zhì)量=$\frac{4.2g}{0.075mol}$=56g/mol，所以溶解的是Fe；且0-100mL溶解的鐵和100-200mL溶解的鐵質(zhì)量相等，所以0-100mL溶解的Fe為8.4g；200-300mL時(shí)，溶解金屬質(zhì)量=4.8-0=4.8，增加n（NO=0.05mol假設(shè)溶解的完全是銅，
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.05mol×（5-2）}{2-0}$=0.075mol，金屬平均摩爾質(zhì)量=$\frac{4.8g}{0.075mol}$=64g/mol，所以溶解的完全是Cu，所以③中溶解的Cu的質(zhì)量為4.8g，
故答案為：③中溶解的Cu的質(zhì)量為4.8g．

點(diǎn)評(píng) 本題為生產(chǎn)流程題，涉及金屬的回收、環(huán)境保護(hù)、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離提純和除雜等問(wèn)題，題目較為綜合，做題時(shí)注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息．本題難度中．