Question

6．某校化學小組的同學將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設計了如圖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實驗過程的最后步驟，是由Al₂（SO₄）₃溶液經過加熱蒸發、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥（填寫所需實驗操作的名稱），即獲得Al₂（SO₄）₃•18H₂O晶體．
（3）用第③步所得CuSO₄•5H₂O可制得Cu（OH）₂．化學活動小組為探究Cu（OH）₂受熱分解產物及產物性質，設計如下實驗過程：取0.98g Cu（OH）₂固體加熱，有銅的氧化物生成，其質量隨溫度變化如圖3所示，產物A、B的化學式分別為CuO和Cu₂O．通過以上實驗和圖象可以得出如下結論：高溫時B較穩定（填“較穩定”或“不穩定”）．
活動小組同學還進行了如下實驗：
某同學用圖2裝置進行實驗（夾持裝置未畫出），最終得出的結論是加熱時A可將NH₃氧化為N₂，A被還原為單質Cu．支持此同學結論的現象是硬質玻璃管中黑色固體變成紅色，燒杯中導管口部產生氣泡，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發生反應Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，Au、Pt和酸不反應，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，對環境無污染，調節溶液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、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體．
（1）H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，Fe³⁺與OH^-反應生成Fe（OH）₃沉淀，據此書寫離子反應方程式；
（2）由Al₂（SO₄）₃溶液經過加熱蒸發、冷卻結晶、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應為CuO和Cu₂O，結合生成A的質量為0.8 g，可知A是CuO，則B是Cu₂O；結合圖象可知高溫時CuO分解為Cu₂O，即高溫時Cu₂O較穩定，加熱時CuO可將NH₃氧化為N₂，CuO被還原為單質Cu，現象是硬質玻璃管中黑色固體變成紅色，燒杯中導管口部產生氣泡，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發生反應生成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⁺，該氧化劑的優點是不引入雜質，產物對環境物污染，調溶液PH的目的是使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀．所以濾液2的成分是Cu²⁺，經蒸發結晶可得到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反應生成NaAlO₂，再在濾液中加H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃，蒸發、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體．
（1）步驟②是在堿性條件下H₂O₂與Fe²⁺發生氧化還原反應生成Fe³⁺與OH^-，Fe³⁺與OH^-反應生成Fe（OH）₃沉淀，反應為：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，經蒸發濃縮、冷卻結晶、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固體物質的量為：0.01mol，依據分解圖象分析判斷，100°C時氫氧化銅分解產物為0.8g，高溫1100°C得到B為0.72g，根據氫氧化銅分解生成氧化銅和水判斷，Cu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+H₂O；氧化銅摩爾質量為80g/mol，所以推斷A為CuO，B為Cu₂O，依據溫度圖象可知Cu₂O比CuO穩定，如CuO在加熱條件下發生反應生成Cu和N₂，則可觀察到硬質玻璃管中黑色固體變成紅色，燒杯中導管口部產生氣泡，有無色、無味氣體生成，
故答案為：CuO；較穩定；硬質玻璃管中黑色固體變成紅色，燒杯中導管口部產生氣泡，有無色、無味氣體生成．

點評 本題考查制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的實驗設計，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，注意把握物質的性質以及實驗的原理和方法，題目難度中等．