Question

15．信息時代給人們的生活帶來了極大的便利，但同時也產生了大量的電子垃圾．某化學興趣小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到了主要含Cu、Al及少量Fe、Au等金屬的混合物，并設計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溶液的pH見下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH3）	Cu（OH）2
開始沉淀	1.1	4.0	5.4
完全沉淀	3.2	5.2	6.7

（1）過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）為了測定硫酸銅晶體的純度，該組甲同學準確稱取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，調節溶液pH=3～4，加入過量的KI和淀粉指示劑，用0.1000mol•L^-1Na₂S₂O₃標準溶液滴定至終點．共消耗14.00mL
Na₂S₂O₃標準溶液．上述過程中反應的離子方程式如下：
2Cu²⁺+4I^-═2CuI（白色）↓+I₂      2${S_2}O_3^{2-}$+I₂═2I^-+${S_4}O_6^{2-}$
①樣品中硫酸銅晶體的質量分數為87.5%．
②該組乙同學提出通過直接測定樣品中$SO_4^{2-}$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．
（6）請你設計一個由濾渣c得到Al₂（SO₄）₃•18H₂O的實驗方案將濾渣c加入稀硫酸溶解，然后蒸發、濃縮、冷卻、結晶、過濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體．

Answer 1

分析 由流程可知，金屬混合物加入稀硫酸鋁、鐵溶解，加入過氧化氫，亞鐵離子被氧化為鐵離子，銅在酸性溶液中被過氧化氫氧化為銅離子，過濾得到濾渣a為Au，濾液中主要含有鐵離子鋁離子和銅離子，加入氫氧化鈉溶液調節溶液PH=3.4，依據題干信息，是為了沉淀鐵離子，過濾得到濾渣b為Fe（OH）₃，濾液為鋁離子和銅離子，加入氫氧化鈉溶液調節溶液PH=5.2-5.4使鋁離子全部沉淀過濾得到濾渣C為Al（OH）₃，用硫酸溶解后蒸發、濃縮、冷卻、結晶、過濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體；得到濾液為硫酸銅溶液，通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到硫酸銅晶體，
（1）過濾操作用到的儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）銅被雙氧水氧化成銅離子，據此寫出反應的離子方程式；
（3）Cu、Al及少量Fe、Au等金屬的混合物，其中銅、鋁、鐵都發生反應而溶解，Au化學性質穩定，成為濾渣a的主要成分；
（4）濾渣c是氫氧化鋁，根據部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的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依據滴定實驗發生的反應的定量關系進行計算樣品中所含銅離子物質的量，結合元素守恒計算硫酸銅 晶體質量分數；
②樣品中含有硫酸鈉，測定硫酸根離子含量不能計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這蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到晶體Al₂（SO₄）₃•18H₂O．

解答 解：由流程可知，金屬混合物加入稀硫酸鋁、鐵溶解，加入過氧化氫，亞鐵離子被氧化為鐵離子，銅在酸性溶液中被過氧化氫氧化為銅離子，過濾得到濾渣a為Au，濾液中主要含有鐵離子鋁離子和銅離子，加入氫氧化鈉溶液調節溶液PH=3.4，依據題干信息，是為了沉淀鐵離子，過濾得到濾渣b為Fe（OH）₃，濾液為鋁離子和銅離子，加入氫氧化鈉溶液調節溶液PH=5.2-5.4使鋁離子全部沉淀過濾得到濾渣C為Al（OH）₃，用硫酸溶解后蒸發、濃縮、冷卻、結晶、過濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體；得到濾液為硫酸銅溶液，通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到硫酸銅晶體；
（1）過濾是化學實驗中經常用到的實驗操作．過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，根據化合價升降相等配平，反應的離子方程式是Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，
故答案為：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；
（3）由于Cu、Al、Fe都因反應溶解于溶液中，剩下Au不反應，過濾到了濾渣a中，故答案為：Au；
（4）加入氫氧化鈉溶液調節PH=x，目的是生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁開始沉淀pH=4，沉淀完全pH=5.2，氫氧化銅開始沉淀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）由2Cu²⁺+4I-═2CuI（白色）↓+I₂、2S₂O₃^2-+I₂═2I-+S₄O₆^2-可知，
 反應的定量關系為：2Cu²⁺～I₂ ～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的量為1.4×10^-2mol，所以硫酸銅晶體的質量分數=$\frac{1.4×1{0}^{-2}mol×250g/mol}{4.0g}$×100%=87.5%，
故答案為：87.5%；
②依據流程分析判斷，樣品中含有硫酸鈉，不能通過測定硫酸根離子的方法計算得到硫酸銅晶體的質量分數，故答案為：樣品中含有Na₂SO₄等雜質；
（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這蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到晶體Al₂（SO₄）₃•18H₂O，
故答案為：將濾渣c加入稀硫酸溶解，然后蒸發、濃縮、冷卻、結晶、過濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體．

點評 本題考查混合物的分離和提純方法的綜合應用、制備方案的設計，題目難度中等，明確實驗目的和實驗原理為解答關鍵，注意掌握鋁離子、鐵離子、銅離子的分離方法和性質判斷，試題培養了學生的分析能力及化學實驗能力．