Question

4．現有一份含70% Cu、25% Al、4% Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，設計出如下路線制備膽礬和硫酸鋁晶體：


請回答下列問題：
（1）第①步Cu與酸、氧氣反應的離子方程式為2Cu+4H⁺+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu²⁺+2H₂O；
（2）第②步加H₂O₂的作用是（ 用離子方程式表示原因）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O，探究小組設計了三種方案：
甲：濾渣2$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$酸浸液$\stackrel{蒸發、冷卻、結晶、過濾}{→}$Al₂（SO₄）₃•18H₂O
乙：濾渣2$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$酸浸液$→_{過濾}^{適量Al粉}$濾液$\stackrel{蒸發、冷卻、結晶、過濾}{→}$Al₂（SO₄）₃•18H₂O
丙：濾渣2$→_{過濾}^{NaOH溶液}$濾液$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$濾液$\stackrel{蒸發、冷卻、結晶、過濾}{→}$Al₂（SO₄）₃•18H₂O
上述三種方案中，甲方案的缺陷是所得產品中含有較多Fe₂（SO₄）₃雜質；等量濾渣生成Al₂（SO₄）₃•18H₂O最多的是方案乙．

Answer 1

分析 Cu、Al及少量Fe、Au、Pt等金屬的混合物中加入硫酸和濃硝酸的混合物溶解，可以得到鐵鹽、鋁鹽、銅鹽等，Au、Pt等不容無可以濾出，向混合液中加入雙氧水和氫氧化鈉，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，依據圖表數據分析可知，溶液PH調節為5.2～5.4，使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀，銅離子不沉淀，向沉淀物質中加入氫氧化鈉可以實現氫氧化鐵和氫氧化鈉的分離，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，以此解答該題．

解答 解：（1）酸性條件下，銅可被氧化生成銅鹽，反應的離子方程式為2Cu+4H⁺+O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu²⁺+2H₂O，故答案為：2Cu+4H⁺+O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu²⁺+2H₂O；
（2）因鐵離子易生成沉淀，加入過氧化氫，可將亞鐵離子氧化生成鐵離子，發生2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）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，故不合理，乙方案在加入硫酸的基礎上加入鋁，生成更多的Al₂（SO₄）₃•18H₂O，
故答案為：所得產品中含有較多Fe₂（SO₄）₃雜質；乙．

點評 本題考查物質的制備實驗，為高頻考點，把握制備實驗流程及物質組成、性質、發生的反應為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的考查，題目難度中等．