Question

5．信息時代產生的大量電子垃圾對環境構成了威脅．某研究性學習小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設計出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：

（1）第①步Cu與酸反應的離子方程式為Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．
（2）第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺．
（3）該探究小組提出兩種方案測定CuSO₄•5H₂O晶體的純度．
方案一：取a g試樣溶于水，加入過量KI固體，充分反應，生成白色沉淀．用0.100 0mol•L-1Na₂S₂O₃標準溶液滴定（原理為I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-），到達滴定終點時，消耗Na₂S₂O₃標準溶液20.00mL．
①滴定過程中可選用淀粉溶液作指示劑，滴定終點的現象是藍色剛好褪去，且半分鐘內不恢復藍色．
②CuSO₄溶液與KI反應的離子方程式為2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂．
方案二：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^-1EDTA（H₂Y^2-）標
準溶液滴定至終點，平均消耗EDTA溶液6mL．滴定反應如下：Cu²⁺+H₂Y^2-═CuY^2-+2H⁺．
③寫出計算CuSO₄•5H₂O質量分數的表達式w=$\frac{7.5c}{a}$×100%．
（4）請補充完整從濾渣2制備Al₂（SO₄）₃•18H₂O的實驗方案：邊攪拌邊向濾渣2中加入氫氧化鈉溶液至濾渣不再溶解，過濾，在濾液中通人二氧化碳至不再有沉淀析出，過濾、用水洗滌固體2-3次，將固體轉移到燒杯中，用硫酸溶解，蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、用水洗滌固體2-3次，在50℃下干燥，得到Al₂（SO₄）₃•18H₂O．（可選試劑有：硫酸溶液、氫氧化鈉溶液、氨水、二氧化碳）

Answer 1

分析 本題是以含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的流程，首先在稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發生反應生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，過濾除去少量Au、Pt；在濾液1中用綠色氧化劑過氧化氫氧化二價鐵離子得到三價鐵，然后通過調整溶液的pH使Fe³⁺、Al³⁺沉淀，過濾得到濾液2結晶，得到硫酸銅晶體，濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁的混合物，先用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁沉淀，過濾得到偏鋁酸鈉溶液，再通人二氧化碳至不再有沉淀析出，過濾、用水洗滌固體2-3次得純凈的氫氧化鋁沉淀，將固體轉移到燒杯中，用硫酸溶解，蒸發濃縮、冷卻結晶，得到硫酸鋁晶體，
（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu與濃硝酸發生反應生成Cu²⁺、NO₂和H₂O；
（2）過氧化氫具有氧化性且被還原為水，無雜質無污染，可以氧化亞鐵離子為鐵離子易于沉淀除去；
（3）①有碘參加反應，因此可以選用淀粉溶液作指示劑，根據滴定終點的判斷方法分析；
②CuSO₄溶液與KI反應，銅離子被I^-還原為亞銅離子，碘離子被氧化為I₂，據此書寫離子方程式；
③根據方程式可知20.00mL溶液中n（CuSO₄•5H₂O）=n（EDTA）=c×6×10^-3mol結合w=$\frac{m（CuSO{\;}_{4}•5H{\;}_{2}O）}{m（總）}$×100%計算；
（4）根據以上分析，濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁的混合物，先用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁沉淀，過濾得到偏鋁酸鈉溶液，再通人二氧化碳至不再有沉淀析出，過濾、用水洗滌固體2-3次得純凈的氫氧化鋁沉淀，將固體轉移到燒杯中，用硫酸溶解，蒸發濃縮、冷卻結晶，得到硫酸鋁晶體；

解答 解：本題是以含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的流程，首先在稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發生反應生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，過濾除去少量Au、Pt；在濾液1中用綠色氧化劑過氧化氫氧化二價鐵離子得到三價鐵，然后通過調整溶液的pH使Fe³⁺、Al³⁺沉淀，過濾得到濾液2結晶，得到硫酸銅晶體，濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁的混合物，先用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁沉淀，過濾得到偏鋁酸鈉溶液，再通人二氧化碳至不再有沉淀析出，過濾、用水洗滌固體2-3次得純凈的氫氧化鋁沉淀，將固體轉移到燒杯中，用硫酸溶解，蒸發濃縮、冷卻結晶，得到硫酸鋁晶體，
（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu與濃硝酸發生反應生成Cu²⁺、NO₂和H₂O，離子反應為：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）雙氧水作氧化劑把Fe²⁺氧化為Fe³⁺；故答案為：把Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（3）①有碘參加反應，因此可以選用淀粉溶液作指示劑，根據滴定終點的判斷方法，要求藍色剛好褪去，且半分鐘內不恢復藍色；故答案為：淀粉溶液；藍色剛好褪去，且半分鐘內不恢復藍色；
②銅離子被I^-還原為亞銅離子，碘離子被氧化為I₂，根據原子守恒和得失電子守恒書寫離子方程式為；2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂；故答案為：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂；
③根據方程式可知20.00mL溶液中n（CuSO₄•5H₂O）=n（EDTA）=c×6×10^-3mol；所以m（CuSO₄•5H₂O）=c×6×10^-3mol×250g/mol=1.5c g，因此100mL溶液中CuSO₄•5H₂O的質量為：1.5c×5=7.5cg，所以w=$\frac{7.5cg}{ag}$×100%=$\frac{7.5c}{a}$×100%，故答案為：$\frac{7.5c}{a}$×100%；
（4）根據以上分析，濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁的混合物，先用氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁沉淀，過濾得到偏鋁酸鈉溶液，再通人二氧化碳至不再有沉淀析出，過濾、用水洗滌固體2-3次得純凈的氫氧化鋁沉淀，將固體轉移到燒杯中，用硫酸溶解，蒸發濃縮、冷卻結晶，得到硫酸鋁晶體；故答案為：氫氧化鈉溶液；通人二氧化碳至不再有沉淀析出，過濾、用水洗滌固體2-3次，將固體轉移到燒杯中，用硫酸溶解，蒸發濃縮、冷卻結晶．

點評 本題考查離子分離的方法，實驗設計，試劑選擇，中和滴定的簡單計算和誤差的分析，離子性質的熟練掌握是解題關鍵，題目難度中等．