Question

為了降低電子垃圾對(duì)環(huán)境構(gòu)成的影響，將一批廢棄的線路板簡(jiǎn)單處理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設(shè)計(jì)出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：

（1）第①步Cu與混酸反應(yīng)的離子方程式為

 

．得到濾渣1的主要成分為

 

．
（2）第②步中加入H₂O₂的作用是

 

，使用H₂O₂的優(yōu)點(diǎn)是

 

；調(diào)溶液pH的目的是

 

．
（3）簡(jiǎn)述第③步由濾液2得到CuSO₄?5H₂O的方法是

 

．
（4）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃?18H₂O，設(shè)計(jì)了以下三種方案：

上述三種方案中，

 

方案不可行，原因是

 

；從原子利用率角度考慮，

 

方案更合理．
（5）用滴定法測(cè)定CuSO₄?5H₂O含量．取a g試樣配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干擾離子后，用
c mol/L EDTA（H₂Y^2-）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，平均消耗EDTA溶液b mL．滴定反應(yīng)如下：
Cu²⁺+H₂Y^2-→CuY^2-+2H⁺．寫(xiě)出計(jì)算CuSO₄?5H₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式ω=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應(yīng)生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；所以濾渣1 的成分是Pt和Au，濾液1中的離子是Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；
（2）過(guò)氧化氫具有氧化性且被還原為水，無(wú)雜質(zhì)無(wú)污染；可以氧化亞鐵離子為鐵離子易于沉淀除去，調(diào)節(jié)溶液PH目的是鐵離子和鋁離子全部沉淀；第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，該氧化劑的優(yōu)點(diǎn)是不引入雜質(zhì)，產(chǎn)物對(duì)環(huán)境物污染．調(diào)溶液PH的目的是使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀．所以濾液2的成分是Cu2+，濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁；
（3）第③步由五水硫酸銅制備硫酸銅的方法應(yīng)是在坩堝中加熱脫水，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾，最終制得硫酸銅晶體；
（4）依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案過(guò)程分析制備晶體中是否含有雜質(zhì)，使用的試劑作用，原料的利用率，原子利用率因素分析判斷；
（5）依據(jù)滴定實(shí)驗(yàn)和反應(yīng)離子方程式計(jì)算得到．

解答： 解：（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應(yīng)生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；所以濾渣1的成分是Pt和Au，濾液1中的離子是Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；第①步Cu與酸反應(yīng)的離子方程式為：Cu+4H⁺+2NO₃^-

△   .

Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-

△   .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，Au、Pt和酸不反應(yīng)，所以是濾渣；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-

△   .

Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-

△   .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，Au、Pt；
（2）第②步加H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，過(guò)氧化氫做氧化劑不引入雜質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，調(diào)節(jié)溶液PH鐵離子和鋁離子全部沉淀后過(guò)濾得到氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀和濾液硫酸銅，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；不引入雜質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；使Fe³⁺、Al³⁺沉淀除去；
（3）第③步由五水硫酸銅制備硫酸銅的方法應(yīng)是在坩堝中加熱脫水，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾，最終制得硫酸銅晶體；
故答案為：加熱濾液2，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾，最終制得硫酸銅晶體；
（4）制備硫酸鋁晶體的甲、乙、丙三種方法中，
甲方案在濾渣中只加硫酸會(huì)生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質(zhì)，方法不可行；乙和丙方法均可行；乙方案先在濾渣中加H₂SO₄，生成Fe₂（SO₄）₃和Al₂（SO₄）₃，再加Al粉和Fe₂（SO₄）₃生成Al₂（SO₄）₃，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾可得硫酸鋁晶體；
丙方案先在濾渣中加NaOH和Al（OH）₃反應(yīng)生成NaAlO₂，再在濾液中加H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾可得硫酸鋁晶體；但從原子利用角度考慮方案乙更合理，因?yàn)楸�加的NaOH和制備的Al₂（SO₄）₃的原子組成沒(méi)有關(guān)系，造成原子浪費(fèi)，
所以從原子利用率和是否產(chǎn)生雜質(zhì)考慮知，乙更合理，
故答案為：甲；所得產(chǎn)品中含有較多Fe₂（SO₄）₃雜質(zhì)；乙．
（5）取a g試樣配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干擾離子后，用c mol?L^-1 EDTA（H₂Y^2-）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，平均消耗EDTA溶液bmL．滴定反應(yīng)如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺
銅離子物質(zhì)的量和標(biāo)準(zhǔn)液物質(zhì)的量相同，則20mL溶液中銅離子的物質(zhì)的量=cmol/L×b×10^-3L=bc×10^-3mol；
則ag樣品中CuSO₄?5H₂O的質(zhì)量=c×b×10^-3mol×250g/mol×5，所以CuSO₄?5H₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式=

c×b×10-3×250×5

a

×100%．
故答案為：

c×b×10-3×250×5

a

×100%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查離子分離的方法，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，試劑選擇，中和滴定的簡(jiǎn)單計(jì)算和誤差的分析，離子性質(zhì)的熟練掌握是解題關(guān)鍵，題目大．