Question

（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

．
（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

；
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

．
（3）第②步中應(yīng)將溶液pH調(diào)至

5.2～5.4

．
（4）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃?18H₂O，探究小組設(shè)計(jì)了兩種方案：

你認(rèn)為

甲

種方案為最佳方案，理由是

甲得到產(chǎn)品純度高

、

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%

．
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)

．

Answer 1

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（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（SO₄）₃，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（SO₄）₃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 ～2S₂O₃^2-
          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．