Question

为探索工业含铝、铁、铜合金废料的再利用,甲同学设计的实验方案如下:

请回答:

(1)操作①用到的玻璃仪器有                             。

(2)写出反应①的化学方程式:                             ,反应②的离子反应方程式:                                。

(3)设计实验方案,检测滤液D中含有的金属离子(试剂自选)                          。

(4)在滤渣E中加入稀硫酸和试剂Y制胆矾晶体是一种绿色化学工艺,试剂Y为无色液体,反应④的总化学方程式是                                                        。

(5)乙同学在甲同学方案的基础上提出用滤渣B来制备FeCl₃·6H₂O晶体,在滤渣中滴加盐酸时,发现反应速率比同浓度盐酸与纯铁粉反应要快,其原因是                                                                。

将所得氯化铁溶液用加热浓缩、降温结晶法制得FeCl₃·6H₂O 晶体,而不用直接蒸发结晶的方法来制得晶体的理由是                                                    。

(6)将滤渣B的均匀混合物平均分成四等份,分别加入同浓度的稀硝酸,充分反应后,在标准状况下生成NO的体积与剩余金属的质量见下表(设硝酸的还原产物只有NO)。

实验编号	①	②	③	④
稀硝酸体积(mL)	100	200	300	400
剩余金属质量(g)	9.0	4.8	0	0
NO体积(L)	1.12	2.24	3.36	V

则硝酸的浓度为        ;③中溶解铜的质量为        ;④中V=        。

Answer

(1)烧杯、漏斗、玻璃棒

(2)2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-

(3)取少量滤液D加入NaOH溶液,产生白色沉淀,白色沉淀迅速变成灰绿色最后变成红褐色(合理即可)

(4)Cu+H2O2+H2SO4+3H2O=CuSO4·5H2O(或Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O)

(5)铁粉与杂质铜形成原电池,加快了反应速率 因为氯化铁是强酸弱碱盐水解生成氢氧化铁和盐酸,加热蒸干时使HCl挥发造成水解平衡右移,因此得不到FeCl3·6H2O 晶体

(6)2 mol/L 4.8 g 4.48

【解析】(1)操作①是过滤。(2)金属中只有铝能和氢氧化钠溶液反应生成AlO2-, AlO2-和足量CO2生成Al(OH)3沉淀和HCO3-。(3)滤液D中含有Fe2+,可以利用其和碱生成沉淀时的颜色变化、自身不能使KSCN溶液变红而氧化后变红的性质进行检验。(4)H2O2是绿色氧化剂,还原产物是H2O。(5)里面有杂质铜,形成原电池,加快了反应速率;Fe3+很易发生水解。(6)滤渣B中含有Fe和Cu,分析实验①到②和②到③的过程可知:①到②时,金属过量,硝酸完全反应,100 mL HNO3共产生=0.05 mol NO,消耗金属4.2 g,由反应:

3Fe + 8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O

3×56 g 8 mol 2 mol

4.2 g 0.2 mol 0.05 mol

知:消耗的4.2 g金属恰好为Fe,且可推知①中消耗的也为Fe且质量为4.2 g,同时求得HNO3的浓度为:=2 mol·L-1。又由反应:

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

3×64 g 2 mol

m(Cu) 0.05 mol

得:m(Cu)= g=4.8 g可知:②到③中溶解的4.8 g金属恰好是Cu,即铜的总质量即为4.8 g;根据前面的分析可知:④与③相比多加的100 mL HNO3是与Fe2+反应:

3Fe2+ + 4H+ + NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O

3 mol 4 mol 1 mol 22.4 L

0.15 mol 0.2 mol0.2 mol V′

即V′==1.12 L。

故V=3.36+1.12=4.48。