Question

10．信息時(shí)代產(chǎn)生的大量電子垃圾對(duì)環(huán)境造成了極大的威脅．某“變廢為寶”學(xué)生探究小組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)出如下制備硫酸銅晶體的路線：

回答下列問題：
（1）第①步Cu與酸反應(yīng)的離子方程式為Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；得到濾渣1的主要成分為Au、Pt．
（2）第②步加入H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，使用H₂O₂的優(yōu)點(diǎn)是不引入雜質(zhì)，產(chǎn)物對(duì)環(huán)境無污染；調(diào)節(jié)pH的目的是使Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀生成沉淀．
（3）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O，探究小組設(shè)計(jì)了三種方案：

上述三種方案中，甲方案不可行，原因是濾渣中只加硫酸會(huì)生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結(jié)晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質(zhì)；
（4）探究小組用滴定法測(cè)定CuSO₄•5H₂O（Mr=250）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cmol/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⁺寫出計(jì)算CuSO₄•5H₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式ω=$\frac{cmol/L×b×10{\;}^{-3}L×250g•mol{\;}^{-1}×5}{ag}$×100%．

Answer 1

分析 金屬的混合物與稀硫酸、濃硝酸混合后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應(yīng)生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，而Au、Pt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⁺、Fe³⁺，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）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）過氧化氫具有氧化性且被還原為水，無雜質(zhì)無污染；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）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；
（4）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^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，Au、Pt和酸不反應(yīng)，所以是濾渣；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，Au、Pt；
（2）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，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；不引入雜質(zhì)，產(chǎn)物對(duì)環(huán)境無污染；Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀；
（3）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，
故答案為：甲；濾渣中只加硫酸會(huì)生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結(jié)晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質(zhì)；
（4）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6mL．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=cmol/L×b×10^-3L=bc×10^-3mol；依據(jù)元素守恒得到：
則20ml溶液中含有的CuSO₄•5H₂O物質(zhì)的量為bc×10^-3mol；100ml溶液中含bc×10^-3mol×5=5bc×10^-3mol；
所以CuSO₄•5H₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式=$\frac{cmol/L×b×10{\;}^{-3}L×250g•mol{\;}^{-1}×5}{ag}$×100%，
故答案為：$\frac{cmol/L×b×10{\;}^{-3}L×250g•mol{\;}^{-1}×5}{ag}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、試劑選擇等知識(shí)點(diǎn)，明確離子的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．