Question

4．某工業(yè)生產的廢渣中有  CuCO₃、Al₂O₃、Fe₃O₄、SiO₂，現(xiàn)利用下列流程實驗廢棄物再利用：

（1）操作Ⅰ所需玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒；
（2）反應Ⅰ的產物NaBH₄是有機合成常見的還原劑，該反應的還原劑為Na，調節(jié)pH 的目的：使鐵離子水解生成氫氧化鐵而除去鐵元素；
（3）沉淀2為Fe（OH）₃，高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）與明礬凈水的主要區(qū)別為：高鐵酸鈉既能殺菌消毒，又能除去水中懸浮的雜質，而明礬凈水只能除去水中懸浮的雜質；
（4）若原料中CuCO₃和Al₂O₃的 物質的量之比為1：1，為了提高原料利用率，則試劑x的選擇可以為AD
A．CuO        B．NaOH                C．NH₃•H₂O           D．Cu₂（OH）₂CO₃
（5）CuAlO₂是一種新型無機材料，已知反應Ⅱ中還生產一種具有助燃性氣體單質，寫出反應Ⅱ的化學方程式：4Cu（OH）₂+4Al（OH）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CuAlO₂+O₂↑+10H₂O；
（6）廢棄物中Al₂O₃的物質的量為1mol，最終制得CuAlO₂的質量為184.5g，該制備流程的產率為75%．

Answer 1

分析 某工業(yè)生產的廢渣中有  CuCO₃、Al₂O₃、Fe₃O₄、SiO₂，粉碎后加鹽酸，過濾得沉淀1為SiO₂，與硼酸鈉、鈉、氫氣反應生成NaBH₄、硅酸鈉等，濾液1含有Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，經氧化將亞鐵離子氧化成鐵離子，調節(jié)pH使鐵離子轉化為沉淀，過濾得到的沉淀2為Fe（OH）₃，濾液2含有Cu²⁺、Al³⁺，若原料中CuCO₃和Al₂O₃的 物質的量之比為1：1，即銅元素和鋁元素的物質的量之比為1：2，而CuAlO₂中，銅元素和鋁元素的物質的量之比為1：1，所以為了提高原料利用率，還應補充銅元素，所以試劑x為CuO或Cu₂（OH）₂CO₃，所得固體混合物為Cu（OH）₂、Al（OH）₃，高溫灼燒得CuAlO₂和O₂，以此來解答．

解答 解：某工業(yè)生產的廢渣中有  CuCO₃、Al₂O₃、Fe₃O₄、SiO₂，粉碎后加鹽酸，過濾得沉淀1為SiO₂，與硼酸鈉、鈉、氫氣反應生成NaBH₄、硅酸鈉等，濾液1含有Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，經氧化將亞鐵離子氧化成鐵離子，調節(jié)pH使鐵離子轉化為沉淀，過濾得到的沉淀2為Fe（OH）₃，濾液2含有Cu²⁺、Al³⁺，若原料中CuCO₃和Al₂O₃的 物質的量之比為1：1，即銅元素和鋁元素的物質的量之比為1：2，而CuAlO₂中，銅元素和鋁元素的物質的量之比為1：1，所以為了提高原料利用率，還應補充銅元素，所以試劑x為CuO或Cu₂（OH）₂CO₃，所得固體混合物為Cu（OH）₂、Al（OH）₃，高溫灼燒得CuAlO₂和O₂，
（1）操作Ⅰ為過濾，所需玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：漏斗、燒杯、玻璃棒；
（2）反應Ⅰ為SiO₂，與硼酸鈉、鈉、氫氣反應生成NaBH₄、硅酸鈉等，該反應中氫從0價變?yōu)?1價，鈉從0 價變?yōu)?1價，所以該反應的還原劑為Na，調節(jié)pH 的目的是使鐵離子水解生成氫氧化鐵而除去鐵元素，
故答案為：Na；使鐵離子水解生成氫氧化鐵而除去鐵元素；
（3）根據(jù)上面的分析可知，沉淀2為 Fe（OH）₃，高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）中鐵元素顯+6價，有強氧化性，能殺菌消毒，被還原后生成鐵離子水解能除去水中懸浮的雜質，則明礬凈水只能除去水中懸浮的雜質，不能殺菌消毒，
故答案為：Fe（OH）₃；高鐵酸鈉既能殺菌消毒，又能除去水中懸浮的雜質，而明礬凈水只能除去水中懸浮的雜質；
（4）根據(jù)上面的分析可知，試劑x的選擇可以為CuO或Cu₂（OH）₂CO₃，故選AD；
（5）反應Ⅱ為Cu（OH）₂、Al（OH）₃在高溫灼燒條件下生成CuAlO₂和O₂，反應的化學方程式為：4Cu（OH）₂+4Al（OH）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CuAlO₂+O₂↑+10H₂O，
故答案為：4Cu（OH）₂+4Al（OH）₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CuAlO₂+O₂↑+10H₂O；
（6）得CuAlO₂的質量為184.5g，其物質的量為$\frac{184.5}{123}$mol=1.5mol，廢棄物中Al₂O₃的物質的量為1mol，則鋁元素的物質的量為2mol，所以該制備流程的產率為$\frac{1.5mol}{2mol}$×100%=75%，
故答案為：75%．

點評 本題以CuAlO₂的制備工藝流程為載體，考查實驗基本操作、元素化合物性質及相互轉化、氧化還原反應、產率計算等知識點，注意把握制備原理，把握物質的性質以及相關反應方程式的書寫，題目難度中等．