Question

4．某化學(xué)興趣探究小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含Cu（70%）、Al（25%）、Fe（4%）及少量Au等金屬的混合物，并設(shè)計出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的流程：

已知：Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺開始沉淀至沉淀完全的pH范圍分別為：2.2～3.2、4.1～5.0、5.3～6.6．
（1）得到濾渣1的主要成分為Au．
（2）操作Ⅰ包含的實驗步驟有：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；過濾操作所用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗．
（3）操作Ⅰ中常用無水乙醇對晶體進(jìn)行洗滌，選用無水乙醇的原因是減少晶體的溶解，便于干燥．
（4）第②步加H₂O₂后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（5）取上述硫酸鋁晶體進(jìn)行熱重分析，其熱分解主要分為三個階段：323K～523K，553K～687K，當(dāng)溫度在1 043K以上不再失重，下表列出了不同溫度下的失重率：
[硫酸鋁晶體化學(xué)式為Al₂（SO₄）₃•18H₂O，相對分子質(zhì)量為666]
已知：失重%=$\frac{加熱減少的質(zhì)量}{原晶體樣品的總質(zhì)量}$×100%．

	溫度（K）	失重（%）
第一階段	323～523	40.54
第二階段	553～687	48.65
第三階段	1 043以上	84.68

通過計算確定（寫出計算過程）：
①失重第一階段分解產(chǎn)物的化學(xué)式；
②失重第二階段反應(yīng)的反應(yīng)化學(xué)方程式．

Answer 1

分析 Cu、Fe、Al、Au的混合物中加入硫酸和濃硝酸的混合物溶解，可以得到濾液1為鐵鹽、鋁鹽、銅鹽溶液，濾渣1為Au，向濾液1中加入雙氧水和氫氧化鈉，加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，結(jié)合沉淀的pH可知，調(diào)節(jié)pH為＜4，過濾分離出氫氧化鐵，再調(diào)節(jié)pH為5左右，過濾得濾液2為硫酸銅溶液，濾渣2為Al（OH）₃，加硫酸溶解后結(jié)晶得到晶體，
（1）在金屬混合物與酸的反應(yīng)中，硝酸充當(dāng)氧化劑，根據(jù)上面的分析可知濾渣1的成份；
（2）操作I為蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶；過濾需要漏斗；
（3）離子不溶于乙醇；
（4）第②步加H₂O₂是為了將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（5）設(shè)所取硫酸鋁晶體為1 mol，則硫酸鋁晶體的質(zhì)量為666 g
在第一階段：
加熱后失去結(jié)晶水的質(zhì)量是：m（H₂O）=40.54%×666 g=270 g，
失去結(jié)晶水的物質(zhì)的量是：n（H₂O）=270 g÷18 g•mol^-1=15 mol，
則在第一階段失重產(chǎn)物中：n[Al₂（SO₄）₃]：n（H₂O）=1 mol：（18 mol-15 mol）=1：3，
在第二階段：
加熱后失去的水的質(zhì)量是：m（H₂O）=666 g×（48.65%-40.54%）=54 g
失去結(jié)晶水的物質(zhì)的量是：n（H₂O）=54 g÷18 g•mol^-1=3 mol，
則在第二階段失重產(chǎn)物中結(jié)晶水完全失去，得到的固體物質(zhì)是：Al₂（SO₄）₃，以此來解答．

解答 解：Cu、Fe、Al、Au的混合物中加入硫酸和濃硝酸的混合物溶解，可以得到濾液1為鐵鹽、鋁鹽、銅鹽溶液，濾渣1為Au，向濾液1中加入雙氧水和氫氧化鈉，加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，結(jié)合沉淀的pH可知，調(diào)節(jié)pH為＜4，過濾分離出氫氧化鐵，再調(diào)節(jié)pH為5左右，過濾得濾液2為硫酸銅溶液，濾渣2為Al（OH）₃，加硫酸溶解后結(jié)晶得到晶體，
（1）在金屬混合物與酸的反應(yīng)中，硝酸充當(dāng)氧化劑，根據(jù)上面的分析可知濾渣1為Au，故答案為：Au；
（2）操作I為蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾操作所用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗，故答案為：蒸發(fā)濃縮；漏斗；
（3）離子不溶于乙醇，則選用無水乙醇的原因是減少晶體的溶解，便于干燥，故答案為：減少晶體的溶解，便于干燥；
（4）第②步加H₂O₂是為了將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，離子反應(yīng)為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（5）設(shè)所取硫酸鋁晶體為1 mol，則硫酸鋁晶體的質(zhì)量為666 g，
①在第一階段：
加熱后失去結(jié)晶水的質(zhì)量是：m（H₂O）=40.54%×666 g=270 g，
失去結(jié)晶水的物質(zhì)的量是：n（H₂O）=270 g÷18 g•mol^-1=15 mol，
則在第一階段失重產(chǎn)物中：n[Al₂（SO₄）₃]：n（H₂O）=1 mol：（18 mol-15 mol）=1：3，
所以此時得到的晶體的化學(xué)式是：Al₂（SO₄）₃•3H₂O，
答：失重第一階段分解產(chǎn)物的化學(xué)式為Al₂（SO₄）₃•3H₂O；
②在第二階段：
加熱后失去的水的質(zhì)量是：m（H₂O）=666 g×（48.65%-40.54%）=54 g
失去結(jié)晶水的物質(zhì)的量是：n（H₂O）=54 g÷18 g•mol^-1=3 mol，
則在第二階段失重產(chǎn)物中結(jié)晶水完全失去，得到的固體物質(zhì)是：Al₂（SO₄）₃，
所以第二階段反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Al₂（SO₄）₃•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂（SO₄）₃+3H₂O，
答：失重第二階段反應(yīng)的反應(yīng)化學(xué)方程式為Al₂（SO₄）₃•3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Al₂（SO₄）₃+3H₂O．

點評 本題考查物質(zhì)的制備實驗，為高頻考點，把握制備實驗流程及物質(zhì)組成、性質(zhì)、發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗、計算能力的考查，題目難度中等．