Question

4．電子產(chǎn)品產(chǎn)生的大量電子垃圾對(duì)環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅．某化學(xué)興趣小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設(shè)計(jì)出如圖制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：

按要求回答下列問題：
（1）濾渣1中存在的金屬有Au、Pt．
（2）已知沉淀物的pH如下表：

	氫氧化物開始沉淀時(shí)的pH	氫氧化物沉淀完全時(shí)的pH
Fe2+	7.0	9.0
Fe3+	1.9	3.7
Cu2+	4.9	6.7
Al3+	3.0	4.4

①則操作②中X物質(zhì)最好選用的是d（填編號(hào)）
a．酸性高錳酸鉀溶液    b．漂白粉    c．氯氣       d．雙氧水
②理論上應(yīng)控制溶液pH的范圍是4.4≤pH＜4.9．
（3）檢驗(yàn)濾液2中既不存在Fe²⁺又不存在Fe³⁺的操作步驟是①取少量濾液于試管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不變紅證明不存在Fe³⁺，③繼續(xù)向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不變紅證明不存在Fe²⁺．
（4）用一個(gè)離子方程式表示在酸浸液中加入適量鋁粉的反應(yīng)：Al+Fe³⁺=Fe+Al³⁺．
（5）由CuSO₄•5H₂O制備CuSO₄時(shí)，應(yīng)把CuSO₄•5H₂O放在坩堝（填儀器名稱）中加熱脫水．
（6）現(xiàn)在某些電器中使用的高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓．高鐵電池的總反應(yīng)為 3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，該電池放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，每有1mol K₂FeO₄被還原，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為3mol，充電時(shí)陽極反應(yīng)式為Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 用稀硫酸和濃硝酸的混合液在加熱條件下溶解含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，Cu、Al、Fe溶解，過濾除去不溶的Au、Pt（濾渣1），得濾液1（金屬離子為Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺），向?yàn)V液1中加入雙氧水氧化溶液里的Fe²⁺，然后滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH范圍4.4≤pH＜4.9，促進(jìn)Fe³⁺、Al³⁺水解完全生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃，并過濾得到濾渣2和濾液2，濾液2經(jīng)蒸發(fā)冷卻、結(jié)晶、過濾得到膽礬晶體，濾液2用稀硫酸溶解后用Al置換Fe³⁺生成Fe，并過濾得濾液，同樣蒸發(fā)冷卻、結(jié)晶、過濾得到硫酸鋁晶體，
放電時(shí)，負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；根據(jù)K₂FeO₄中鐵的化合價(jià)由+6變化為+3，化合價(jià)降低3；正反應(yīng)中Fe元素的化合價(jià)降低，K₂FeO₄為正極，則充電時(shí)為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)據(jù)此分析作答．

解答 解：（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生了反應(yīng)，所以濾渣1的成分是Pt和Au；
故答案為：Au、Pt；
（2）①第②步加入試劑X的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，雙氧水與亞鐵離子的反應(yīng)為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，雙氧水做氧化劑被還原后為水，不引入雜質(zhì)，對(duì)環(huán)境無污染，而高錳酸鉀溶液、漂白粉、氯氣做氧化劑，反應(yīng)后引進(jìn)了裝置，且污染環(huán)境，所以試劑X最好選用雙氧水；
故答案為：d；
②調(diào)溶液PH的目的是使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析可知，鐵離子完全沉淀時(shí)溶液pH=3.7，鋁離子完全沉淀時(shí)溶液pH=4.4，而銅離子開始沉淀時(shí)的pH=4.9，所以使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀，銅離子不沉淀，溶液pH調(diào)節(jié)范圍應(yīng)該為：4.4≤pH＜4.9；
故答案為：4.4≤pH＜4.9；
（3）亞鐵離子有還原性，鐵離子使KSCN溶液顯血紅色，可加入KSCN溶液，檢驗(yàn)鐵離子，在加入氧化劑檢驗(yàn)亞鐵離子，方法為：①取少量濾液于試管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不變紅證明不存在Fe³⁺，③繼續(xù)向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不變紅證明不存在Fe²⁺；
故答案為：①取少量濾液于試管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不變紅證明不存在Fe³⁺，③繼續(xù)向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不變紅證明不存在Fe²⁺；
（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程，酸浸液中含有鐵離子和鋁離子，向酸浸液中加入鋁粉后，鐵離子與鋁發(fā)生反應(yīng)生成鐵和鋁離子，反應(yīng)的離子方程式為Fe³⁺+Al=Al³⁺+Fe；
故答案為：Al+Fe³⁺=Fe+Al³⁺；
（5）由CuSO₄•5H₂O制備CuSO₄時(shí)，應(yīng)把CuSO₄•5H₂O放在坩堝中；
故答案為：坩堝；
（6）放電時(shí)，Zn為負(fù)極，失去電子，發(fā)生電極反應(yīng)：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；
K₂FeO₄中鐵的化合價(jià)由+6變化為+3，化合價(jià)降低3，所以每有1molK₂FeO₄被還原，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為3mol，
正反應(yīng)中Fe元素的化合價(jià)降低，K₂FeO₄為正極，則充電時(shí)為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；3mol；Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為全面，涉及熱化學(xué)方程式書寫、混合物的分離、可充電電池等知識(shí)，綜合性較強(qiáng)，其中電化學(xué)是難點(diǎn)，注意正負(fù)極和陰陽極電極反應(yīng)式的書寫．