Question

17．信息時(shí)代給人們的生活帶來(lái)了極大的便利，但同時(shí)也產(chǎn)生了大量的電子垃圾．某化學(xué)興趣小組將一批廢棄的線路板簡(jiǎn)單處理后，得到了主要含Cu、Al及少量Fe、Au等金屬的混合物，并設(shè)計(jì)了如下制備硫酸銅晶體和硫酸鋁晶體的路線：部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)表：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Cu（OH）2
開(kāi)始沉淀	1.1	4.0	5.4
完全沉淀	3.2	5.2	6.7

（1）過(guò)濾操作中用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒．
（2）Cu可溶于稀硫酸與H₂O₂的混合溶液，其離子方程式是Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O
（3）濾渣a的主要成分是Au．
（4）步驟③中X的取值范圍是5.2≤X＜5.4．
（5）為了測(cè)定硫酸銅晶體的純度，該組甲同學(xué)準(zhǔn)確稱(chēng)取4.0g樣品溶于水配成100mL溶液，取10mL溶液于帶塞錐形瓶中，加適量水稀釋?zhuān)�調(diào)節(jié)溶液pH=3～4，加入過(guò)量的KI和淀粉指示劑，用0.1000mol•L^-1Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)．共消耗14.00mLNa₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液．上述過(guò)程中反應(yīng)的離子方程式如下：
2Cu²⁺+4I^-=2CuI（白色）↓+I₂
2S₂O₃^2-+I₂=2I^-+S₄O₆^2-
①樣品中硫酸銅晶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.5%．
②該組乙同學(xué)提出通過(guò)直接測(cè)定樣品中SO₄^2-的量也可求得硫酸銅晶體的純度，老師審核后予以否決，其原因是樣品中含有Na₂SO₄等雜質(zhì)．
（6）請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)由濾渣c(diǎn)得到Al₂（SO₄）₃•18H₂O的實(shí)驗(yàn)方案將濾渣c(diǎn)加入稀硫酸溶解，然后蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體．

Answer 1

分析 金屬混合物加入稀硫酸，鋁、鐵溶解，加入過(guò)氧化氫，亞鐵離子被氧化為鐵離子，銅在酸性溶液中被過(guò)氧化氫氧化為銅離子，過(guò)濾得到濾渣a為Au，濾液中主要含有Fe³⁺、Al³⁺和Cu²⁺等陽(yáng)離子，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=3.4，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾分離，濾液含有Al³⁺和Cu²⁺等陽(yáng)離子，再加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=5.2-5.4之間，使Al³⁺全部沉淀過(guò)濾得到濾渣c(diǎn)為Al（OH）₃，用硫酸溶解后蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體；得到濾液c為硫酸銅溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到硫酸銅晶體．
（1）過(guò)濾操作用到的儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）Cu溶于稀硫酸與H₂O₂的混合溶液，反應(yīng)生成硫酸銅與水；
（3）Cu、Al及少量Fe、Au等金屬的混合物，其中銅、鋁、鐵都發(fā)生反應(yīng)而溶解，Au化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，成為濾渣a的主要成分；
（4）濾渣c(diǎn)是氫氧化鋁，根據(jù)部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH表，選擇使氫氧化鋁沉淀完全且氫氧化銅不沉淀的pH；
（5）①依據(jù)滴定實(shí)驗(yàn)發(fā)生的反應(yīng)的定量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算樣品中所含銅離子物質(zhì)的量，結(jié)合元素守恒計(jì)算硫酸銅晶體質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
②樣品中含有硫酸鈉，測(cè)定硫酸根離子含量不能計(jì)算得到硫酸銅晶體的含量；
（6）濾渣C主要是氫氧鋁，加入硫酸溶解后通過(guò)這蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到晶體Al₂（SO₄）₃•18H₂O．

解答 解：金屬混合物加入稀硫酸，鋁、鐵溶解，加入過(guò)氧化氫，亞鐵離子被氧化為鐵離子，銅在酸性溶液中被過(guò)氧化氫氧化為銅離子，過(guò)濾得到濾渣a為Au，濾液中主要含有Fe³⁺、Al³⁺和Cu²⁺等陽(yáng)離子，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=3.4，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾分離，濾液含有Al³⁺和Cu²⁺等陽(yáng)離子，再加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=5.2-5.4之間，使Al³⁺全部沉淀過(guò)濾得到濾渣c(diǎn)為Al（OH）₃，用硫酸溶解后蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體；得到濾液c為硫酸銅溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到硫酸銅晶體．
（1）過(guò)濾操作中用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗，
故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）Cu可溶于稀硫酸與H₂O₂的混合溶液，銅被氧化成銅離子，雙氧水生成水，根據(jù)化合價(jià)升降相等配平，反應(yīng)的離子方程式是：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，
故答案為：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；
（3）由于Cu、Al、Fe都因反應(yīng)溶解于溶液中，剩下Au不反應(yīng)，過(guò)濾到了濾渣a中，故答案為：Au；
（4）加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH=x，目的是生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁開(kāi)始沉淀pH=4，沉淀完全pH=5.2，氫氧化銅開(kāi)始沉淀pH=5.4，所以選擇的pH范圍是：5.2≤X＜5.4，
故答案為：5.2≤X＜5.4；
（5）①由2Cu²⁺+4I-═2CuI（白色）↓+I₂、2S₂O₃^2-+I₂═2I-+S₄O₆^2-可知反應(yīng)的定量關(guān)系為：2Cu²⁺～I(xiàn)₂ ～2S₂O₃^2-，則n（Cu²⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.100 0mol•L^-1×0.014.00L=1.4×10^-3mol，
故100mL溶液中含硫酸銅晶體物質(zhì)的量為1.4×10^-2mol，所以硫酸銅晶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{1.4×1{0}^{-2}mol×250g/mol}{4.0g}$×100%=87.5%，
故答案為：87.5%；
②依據(jù)流程分析判斷，樣品中含有硫酸鈉，不能通過(guò)測(cè)定硫酸根離子的方法計(jì)算得到硫酸銅晶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，
故答案為：樣品中含有Na₂SO₄等雜質(zhì)；
（6）分析流程可知，濾渣C主要是氫氧鋁，加入硫酸溶解后通過(guò)這蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到晶體Al₂（SO₄）₃•18H₂O，
故答案為：將濾渣c(diǎn)加入稀硫酸溶解，然后蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)準(zhǔn)備工藝流程，涉及物質(zhì)的分離和提純、制備方案的設(shè)計(jì)、物質(zhì)含量測(cè)定、實(shí)驗(yàn)基本操作等，題目難度中等，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>