Question

6．某校化學(xué)小組的同學(xué)將一批廢棄的線路板簡(jiǎn)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)了如圖1制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的方案：

回答下列問題：
（1）第②步加入H₂O₂是為了除去Fe²⁺，該反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+4OH^-═2Fe（OH）₃．
（2）濾渣2的主要成分是Fe（OH）₃和Al（OH）₃．由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O實(shí)驗(yàn)過程的最后步驟，是由Al₂（SO₄）₃溶液經(jīng)過加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥（填寫所需實(shí)驗(yàn)操作的名稱），即獲得Al₂（SO₄）₃•18H₂O晶體．
（3）用第③步所得CuSO₄•5H₂O可制得Cu（OH）₂．化學(xué)活動(dòng)小組為探究Cu（OH）₂受熱分解產(chǎn)物及產(chǎn)物性質(zhì)，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)過程：取0.98g Cu（OH）₂固體加熱，有銅的氧化物生成，其質(zhì)量隨溫度變化如圖3所示，產(chǎn)物A、B的化學(xué)式分別為CuO和Cu₂O．通過以上實(shí)驗(yàn)和圖象可以得出如下結(jié)論：高溫時(shí)B較穩(wěn)定（填“較穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”）．
活動(dòng)小組同學(xué)還進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：
某同學(xué)用圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（夾持裝置未畫出），最終得出的結(jié)論是加熱時(shí)A可將NH₃氧化為N₂，A被還原為單質(zhì)Cu．支持此同學(xué)結(jié)論的現(xiàn)象是硬質(zhì)玻璃管中黑色固體變成紅色，燒杯中導(dǎo)管口部產(chǎn)生氣泡，有無色、無味氣體生成．

Answer 1

分析 制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的流程：Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物和稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應(yīng)Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，Au、Pt和酸不反應(yīng)，所以濾渣1的成分是Pt和Au，濾液1中的離子是Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；第②步加H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，過氧化氫做氧化劑不引入雜質(zhì)，對(duì)環(huán)境無污染，調(diào)節(jié)溶液PH鐵離子和鋁離子全部沉淀后過濾得到氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀和濾液硫酸銅，所以濾渣2的主要成分是Fe（OH）₃和Al（OH）₃，濾液2冷卻結(jié)晶得到五水合硫酸銅，將五水合硫酸銅在坩堝中加熱脫水制得硫酸銅，在濾渣2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．
（1）H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺與OH^-反應(yīng)生成Fe（OH）₃沉淀，據(jù)此書寫離子反應(yīng)方程式；
（2）由Al₂（SO₄）₃溶液經(jīng)過加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥獲得Al₂（SO₄）₃•18H₂O晶體；
（3）0.98 g Cu（OH）₂受熱分解得到的氧化物A、B應(yīng)為CuO和Cu₂O，結(jié)合生成A的質(zhì)量為0.8 g，可知A是CuO，則B是Cu₂O；結(jié)合圖象可知高溫時(shí)CuO分解為Cu₂O，即高溫時(shí)Cu₂O較穩(wěn)定，加熱時(shí)CuO可將NH₃氧化為N₂，CuO被還原為單質(zhì)Cu，現(xiàn)象是硬質(zhì)玻璃管中黑色固體變成紅色，燒杯中導(dǎo)管口部產(chǎn)生氣泡，有無色、無味氣體生成．

解答 解：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⁺，經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶可得到CuSO₄•5H₂O晶體，濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁，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．
（1）步驟②是在堿性條件下H₂O₂與Fe²⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe³⁺與OH^-，F(xiàn)e³⁺與OH^-反應(yīng)生成Fe（OH）₃沉淀，反應(yīng)為：2Fe²⁺+H₂O₂+4OH^-═2Fe（OH）₃，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+4OH^-═2Fe（OH）₃；
（2）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O，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，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥可得硫酸鋁晶體，所以最后的操作步驟為過濾、洗滌、干燥，
故答案為：過濾、洗滌、干燥；
（3）0.98gCu（OH）₂固體物質(zhì)的量為：0.01mol，依據(jù)分解圖象分析判斷，100°C時(shí)氫氧化銅分解產(chǎn)物為0.8g，高溫1100°C得到B為0.72g，根據(jù)氫氧化銅分解生成氧化銅和水判斷，Cu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+H₂O；氧化銅摩爾質(zhì)量為80g/mol，所以推斷A為CuO，B為Cu₂O，依據(jù)溫度圖象可知Cu₂O比CuO穩(wěn)定，如CuO在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成Cu和N₂，則可觀察到硬質(zhì)玻璃管中黑色固體變成紅色，燒杯中導(dǎo)管口部產(chǎn)生氣泡，有無色、無味氣體生成，
故答案為：CuO；較穩(wěn)定；硬質(zhì)玻璃管中黑色固體變成紅色，燒杯中導(dǎo)管口部產(chǎn)生氣泡，有無色、無味氣體生成．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意把握物質(zhì)的性質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)的原理和方法，題目難度中等．