Question

（2012?天津）信息時代產生的大量電子垃圾對環境構成了極大的威脅．某“變廢為寶”學生探究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，并設計出如圖1制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：

請回答下列問題：
（1）第①步Cu與酸反應的離子方程式為

Cu+4H⁺+2NO₃^-

加熱  .

Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-

加熱  .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O

；
得到濾渣1的主要成分為

Au、Pt

．
（2）第②步加H₂O₂的作用是

將Fe²⁺氧化為Fe³⁺

，使用H₂O₂的優點是

不引入雜質，對環境無污染

；調溶液pH的目的是使

Fe³⁺、Al³⁺

生成沉淀．
（3）用第③步所得CuSO₄?5H₂O制備無水CuSO₄的方法是

加熱脫水

．
（4）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃?18H₂O，探究小組設計了三種方案：
上述三種方案中，

甲

方案不可行，原因是

所得產品中含有較多Fe₂（SO₄）₃雜質

：從原子利用率角度考慮，

乙

方案更合理．
（5）探究小組用滴定法測定CuSO₄?5H₂O （M_r=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c mol?L^-1 EDTA（H₂Y^2-）標準溶液滴定至終點，平均消耗EDTA溶液b mL．滴定反應如下：Cu²⁺+H2Y^2-=CuY^2-+2H⁺
寫出計算CuSO₄?5H₂O質量分數的表達式ω=

c mol?L-1×b×10-3L×250g?mol-1×5

ag

×100%

；
下列操作會導致CuSO₄?5H₂O含量的測定結果偏高的是

c

．
a．未干燥錐形瓶    b．滴定終點時滴定管尖嘴中產生氣泡    c．未除凈可與EDTA反應的干擾離子．

Answer 1

分析：（1）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⁺；
（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，調節溶液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+，濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁；
（3）第③步由五水硫酸銅制備硫酸銅的方法應是在坩堝中加熱脫水；
（4）依據實驗方案過程分析制備晶體中是否含有雜質，使用的試劑作用，原料的利用率，原子利用率因素分析判斷；
（5）依據滴定實驗和反應離子方程式計算得到；滴定實驗誤差分析依據標準溶液消耗的多少進行分析判斷；

解答：解：（1）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①步Cu與酸反應的離子方程式為：Cu+4H⁺+2NO₃^-

加熱  .

Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-

加熱  .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；Au、Pt；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-

加熱  .

Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-

加熱  .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；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，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，故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；不引入雜質，對環境無污染；Fe³⁺、Al³⁺；
（3）第③步由五水硫酸銅制備硫酸銅的方法應是在坩堝中加熱脫水；
故答案為：加熱脫水；
（4）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生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質，方法不可行；乙和丙方法均可行；乙方案先在濾渣中加H₂SO₄，生成Fe₂（SO₄）₃和Al₂（SO₄）₃，再加Al粉和Fe₂（SO₄）₃生成Al₂（SO₄）₃，蒸發、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體；
丙方案先在濾渣中加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；但從原子利用角度考慮方案乙更合理，因為丙加的NaOH和制備的Al₂（SO₄）₃的原子組成沒有關系，造成原子浪費；
故答案為：甲；所得產品中含有較多Fe₂（SO₄）₃雜質；乙；
（5）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⁺
銅離子物質的量和標準液物質的量相同=cmol/L×b×10^-3L=bc×10^-3mol；依據元素守恒得到：
則20ml溶液中含有的CuSO₄?5H₂O物質的量為bc×10^-3mol；100ml溶液中含bc×10^-3mol×5=5bc×10^-3mol；
所以CuSO₄?5H₂O質量分數的表達式=

c mol?L-1×b×10-3L×250g?mol-1×5

ag

×100%；
a．未干燥錐形瓶 對實驗結果無影響；
b．滴定終點時滴定管尖嘴中產生氣泡說明消耗標準液少，結果偏低；
c．未除凈可與EDTA反應的干擾離子，消耗標準液多，結果偏高；
故答案為：

c mol?L-1×b×10-3L×250g?mol-1×5

ag

×100%；c；

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．