Question

7．某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晶體和硫酸鋁晶體的流程：

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^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；得到的濾渣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(yōu)點是不引入雜質(zhì)，對環(huán)境無污染；調(diào)溶液pH的目的是使Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀．
（3）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃．l8H₂O，該小組同學設計了三種方案：

上述三種方案中，甲、丙方案不可行，原因是甲所得產(chǎn)品中含有較多Fe₂（SO₄）₃雜質(zhì)，丙中含有硫酸鈉雜質(zhì)；從原子利用率角度考慮，乙方案更合理．
（4）該小組同學用滴定法測定CuSO₄•5H₂O的含量．取ag試樣配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干擾離子后，用cmol．L-1EDTA（ H₂Y^2-）標準溶液滴定至終點，平均消耗EDTA溶液b mL，滴定反應的原理為Cu²⁺+H₂Y^2-═CuY^2-+2H⁺． CuSO₄•5H₂O的質(zhì)量分數(shù)表達式為$\frac{5bc×1{0}^{-3}×250}{a}$×100%．

Answer 1

分析 稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，而Au、Pt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⁺、Fe³⁺，第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，該氧化劑的優(yōu)點是不引入雜質(zhì)，產(chǎn)物對環(huán)境物污染，調(diào)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(jīng)蒸發(fā)結(jié)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(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體，以此解答（1）-（2）；
（3）依據(jù)實驗方案過程分析制備晶體中是否含有雜質(zhì)，使用的試劑作用，原料的利用率，原子利用率因素分析判斷；
（4）根據(jù)離子方程式，Cu²⁺的物質(zhì)的量等于EDTA的物質(zhì)的量，所以由EDTA的物質(zhì)的量可求出CuSO₄•5H₂O的物質(zhì)的量，因為配制了100mL CuSO₄溶液，每次取20.00mL實驗，所以再乘以5，可得樣品中CuSO₄•5H₂O的物質(zhì)的量，進而求出CuSO₄•5H₂O的含量．

解答 解：（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，Cu與酸反應的離子方程式為Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，Au、Pt和酸不反應，所以濾渣是Au、Pt；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；Au、Pt；
（2）第②步加H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，過氧化氫做氧化劑被還原后為水，不引入雜質(zhì)，對環(huán)境無污染；調(diào)節(jié)溶液PH鐵離子和鋁離子全部沉淀后過濾得到氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀和濾液硫酸銅，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；不引入雜質(zhì)，對環(huán)境無污染；使Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀；
（3）制備硫酸鋁晶體的甲、乙、丙三種方法中，甲方案在濾渣中只加硫酸會生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結(jié)晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質(zhì)；
乙方案先在濾渣中加H₂SO₄，生成Fe₂（SO₄）₃和Al₂（SO₄）₃，再加Al粉和Fe₂（SO₄）₃生成Al₂（SO₄）₃，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體；
丙方案先在濾渣中加NaOH和Al（OH）₃反應生成NaAlO₂，再在濾液中加H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體；但從原子利用角度考慮方案乙最合理，因為丙加的NaOH和制備的Al₂（SO₄）₃的原子組成沒有關系，造成原子浪費，
所以上述三種方案中：甲方案制得的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質(zhì)，不可行；從原子利用率和是否產(chǎn)生雜質(zhì)考慮知，乙方案更合理，
故答案為：甲、丙；甲所得產(chǎn)品中含有較多Fe₂（SO₄）₃雜質(zhì)，丙中含有硫酸鈉雜質(zhì)；乙；
（4）根據(jù)離子方程式，Cu²⁺的物質(zhì)的量等于EDTA的物質(zhì)的量，所以CuSO₄•5H₂O的物質(zhì)的量為bc×10^-3 mol，因為配制了100mL CuSO₄溶液，每次取20.00mL實驗，所以再乘以5，所以樣品中CuSO₄•5H₂O的物質(zhì)的量為5bc×10^-3 mol，則CuSO₄•5H₂O質(zhì)量分數(shù)為$\frac{5bc×1{0}^{-3}×250}{a}$×100%，
故答案為：$\frac{5bc×1{0}^{-3}×250}{a}$×100%．

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