Question

1．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，并設計出如下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^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，使用H₂O₂的優點是不引入雜質，對環境無污染；
（3）用第③步所得CuSO₄•5H₂O制備無水CuSO₄的方法是在坩堝中加熱脫水（填儀器名稱和操作方法）．
（4）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O，探究小組設計了三種方案：
上述三種方案中，甲方案不可行，從原子利用率角度考慮，乙方案更合理．
（5）探究小組用滴定法測定CuSO₄•5H₂O （Mr=250）含量．取a g試樣配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干擾離子后，用c mol•L^-1 EDTA（H₂Y^2-）標準溶液滴定至終點，平均消耗EDTA溶液6mL．滴定反應如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺
在往滴定管中裝入標準液之前，滴定管應該先經過檢驗是否漏水，再用水清洗干凈，
然后再標準液潤洗，方可裝入標準液．排除酸式滴定管尖嘴處氣泡的方法是快速放出液體．在滴定時，左手操作滴定管活塞．
（6）寫出計算CuSO₄•5H₂O質量分數的表達式（要求帶單位）ω=$\frac{c×b×10{\;}^{-3}×250×5}{a}$；
（7）下列操作會導致CuSO₄•5H₂O含量的測定結果偏高的有cd．
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
d．讀取滴定管中待測液的初始體積時仰視．

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；
（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）滴定管使用之前應該先經過檢驗是否漏水，再用水清洗干凈，然后再用標準液潤洗，方可裝入標準液．排除酸式滴定管尖嘴處氣泡的方法是快速放出液體，在滴定時，左手操作滴定管活塞；
（6）依據滴定實驗和反應離子方程式計算得到；
（7）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^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）過氧化氫做氧化劑不引入雜質，對環境無污染，故答案為：不引入雜質，對環境無污染；
（3）第③步由五水硫酸銅制備硫酸銅的方法應是在坩堝中加熱脫水，故答案為：在坩堝中加熱脫水；
（4）制備硫酸鋁晶體的甲、乙、丙三種方法中，甲方案在濾渣中只加硫酸會生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質，方法不可行；乙和丙方法均可行；乙方案先在濾渣中加H₂SO₄，生成Fe₂（SO₄）₃和Al₂（SO₄）₃，再加Al粉和Fe₂（SO₄）₃生成Al₂（SO₄）₃，蒸發、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體；
丙方案先在濾渣中加NaOH和Al（OH）₃反應生成NaAlO₂，再在濾液中加H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃，蒸發、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體；但從原子利用角度考慮方案乙更合理，因為丙加的NaOH和制備的Al₂（SO₄）₃的原子組成沒有關系，造成原子浪費；
故答案為：甲；乙；
（5）滴定管使用之前應該先經過檢驗是否漏水，再用水清洗干凈，然后再用標準液潤洗，方可裝入標準液．排除酸式滴定管尖嘴處氣泡的方法是快速放出液體，在滴定時，左手操作滴定管活塞，故答案為：檢驗是否漏水；標準液潤洗；快速放出液體；左；
（6）取a g試樣配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干擾離子后，用c mol•L^-1 EDTA（H₂Y^2-）標準溶液滴定至終點，平均消耗EDTA溶液6mL．滴定反應如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺
銅離子物質的量和標準液物質的量相同=cmol/L×b×10^-3L=bc×10^-3mol；依據元素守恒得到：
則20ml溶液中含有的CuSO₄•5H₂O物質的量為bc×10^-3mol；100ml溶液中含bc×10^-3mol×5=5bc×10^-3mol；
所以CuSO₄•5H₂O質量分數的表達式=$\frac{c×b×10{\;}^{-3}×250×5}{a}$；故答案為：$\frac{c×b×10{\;}^{-3}×250×5}{a}$；
（7）a．未干燥錐形瓶對實驗結果無影響，故錯誤；
b．滴定終點時滴定管尖嘴中產生氣泡說明消耗標準液讀數偏小，結果偏低，故錯誤；
c．未除凈可與EDTA反應的干擾離子，消耗標準液多，結果偏高，故正確；
d．讀取滴定管中待測液的初始體積時仰視，讀數偏小，則消耗滴定標準液偏高，所以結果偏高，故正確；
故答案為：cd．

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．