(2013?無錫一模)信息時(shí)代產(chǎn)生的大量電子垃圾對環(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,得到主要含Cu、Al及少量Fe、Au、Pt等金屬的混合物,設(shè)計(jì)了如下制備硫酸銅晶體和硫酸鋁晶體的路線:

部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表:
沉淀物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 Cu(OH)2
開始沉淀 5.8 1.1 4.0 5.4
完全沉淀 8.8 3.2 5.2 6.7
請回答下列問題:
(1)第①步操作前需將金屬混合物進(jìn)行粉碎,其目的是
增大金屬和酸的接觸面積,加快反應(yīng)速率
增大金屬和酸的接觸面積,加快反應(yīng)速率

(2)某學(xué)生認(rèn)為用H2O2代替濃HNO3更好,理由是
不產(chǎn)生對環(huán)境有污染的氣體
不產(chǎn)生對環(huán)境有污染的氣體

請寫出Cu溶于H2O2與稀硫酸混合溶液的離子方程式:
Cu+H2O2+2H+═Cu2++2H2O
Cu+H2O2+2H+═Cu2++2H2O

(3)第②步中應(yīng)將溶液pH調(diào)至
5.2~5.4
5.2~5.4

(4)由濾渣2制取Al2(SO43?18H2O,探究小組設(shè)計(jì)了兩種方案:

你認(rèn)為
種方案為最佳方案,理由是
甲得到產(chǎn)品純度高
甲得到產(chǎn)品純度高
、
原子利用率高
原子利用率高

(5)為了測定硫酸銅晶體的純度,某同學(xué)準(zhǔn)確稱取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,調(diào)節(jié)溶液pH=3~4,加入過量的KI,用0.100 0mol?L-1Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn),共消耗14.00mL  Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液.上述過程中反應(yīng)的離子方程式如下:
2Cu2++4I-═2CuI(白色)↓+I2S2O
 
2-
3
+I2═2I-+S4O
 
2-
6

①樣品中硫酸銅晶體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
87.5%
87.5%

②另一位同學(xué)提出通過測定樣品中硫酸根離子的量也可求得硫酸銅晶體的純度,其他同學(xué)認(rèn)為此方案不可行,理由是
樣品中含有Na2SO4等雜質(zhì)
樣品中含有Na2SO4等雜質(zhì)
分析:(1)將金屬混合物進(jìn)行粉碎增大固體接觸面積增大反應(yīng)速率;
(2)過氧化氫做氧化劑被還原為水,產(chǎn)物無污染,硝酸做氧化劑會被還原生成氮氧化物污染空氣;銅在酸溶液中被過氧化氫氧化為銅離子,本身被還原為水,依據(jù)原子守恒、電荷守恒配平寫出離子方程式;
(3)依據(jù)流程分析加入氧化劑氧化亞鐵離子為鐵離子后,加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子和鋁離子全部沉淀,銅離子不沉淀;
(4)濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁,依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案過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)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,測定硫酸根離子含量不能計(jì)算得到硫酸銅晶體的含量;
解答:解:(1)第①步操作前需將金屬混合物進(jìn)行粉碎,其目的是增大固體與酸的接觸面積增大反應(yīng)速率;
故答案為:增大金屬和酸的接觸面積,加快反應(yīng)速率;
(2)過氧化氫做氧化劑被還原為水,產(chǎn)物無污染,硝酸做氧化劑會被還原生成氮氧化物污染空氣;銅在酸溶液中被過氧化氫氧化為銅離子,本身被還原為水,反應(yīng)的離子方程式為:Cu+H2O2+2H+═Cu2++2H2O;
故答案為:不產(chǎn)生對環(huán)境有污染的氣體; Cu+H2O2+2H+═Cu2++2H2O;
(3)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)物對環(huán)境物污染.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,溶液PH調(diào)節(jié)為5.2~5.4,使Fe3+和Al3+形成沉淀,銅離子不沉淀,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;故答案為:5.2~5.4;
(4)制備硫酸鋁晶體的甲、乙兩種方法中,甲方案先在濾渣中加H2SO4,生成Fe2(SO43和Al2(SO43,再加Al粉和Fe2(SO43生成Al2(SO43,蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體;乙方案先在濾渣中加NaOH和Al(OH)3反應(yīng)生成NaAlO2,再在濾液中加H2SO4生成Al2(SO43,蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體;但從原子利用角度考慮方案甲最合理,因?yàn)橐壹拥腘aOH和制備的Al2(SO43的原子組成沒有關(guān)系,造成原子浪費(fèi),
所以上述兩種方案中:從原子利用率和是否產(chǎn)生雜質(zhì)考慮知,甲方案更合理,
故答案為:甲; 甲得到產(chǎn)品純度高、原子利用率高;
(5)①2Cu2++4I-═2CuI(白色)↓+I2       2S2O
 
2-
3
+I2═2I-+S4O
 
2-
6

 反應(yīng)的定量關(guān)系為2Cu2+~I(xiàn)2 ~2S2O32-
          1.4×10-3mol    0.100 0mol?L-1×0.014.00L=1.4×10-3mol
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)=
1.4×10-2mol×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,不能通過測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);
點(diǎn)評:本題考查了銅鐵鋁及其化合物的分離方法和流程分析判斷,試劑選擇的方法應(yīng)用,離子分離的過程分析和計(jì)算,題目難度中等.
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