某研究小组将一批废弃的线路板经浓硝酸和稀硫酸处理后得到一混合溶液.其中含有Cu2+.Fe2+.Fe3+.Al3+等金属离子.并设计了以下两种流程以分别制取CuSO4•5H2O晶体和AlCl3溶液:已知:相关金属离子开始沉淀至完全沉淀时的pH范围为:离子Fe3+Fe2+Al3+Cu2+pH范围2.2-3.25.5-9.04.1-5.05.3-6.6请回答下列问� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

10．某研究小组将一批废弃的线路板经浓硝酸和稀硫酸处理后得到一混合溶液，其中含有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等金属离子，并设计了以下两种流程以分别制取CuSO₄•5H₂O晶体和AlCl₃溶液：

已知：相关金属离子开始沉淀至完全沉淀时的pH范围为：

离子	Fe³⁺	Fe²⁺	Al³⁺	Cu²⁺
pH范围	2.2～3.2	5.5～9.0	4.1～5.0	5.3～6.6

请回答下列问题：
（1）加入H₂O₂的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，欲使制取的CuSO₄•5H₂O晶体较为纯净，pH至少应调至5.0；
（2）写出H₂O₂与Fe²⁺离子方程式H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）流程②中加入适量Al粉起的作用是与酸浸液中Fe³⁺和H⁺反应生成Al³⁺；
（4）根据你所学的化学知识，由AlCl₃溶液（不添加其他化学试剂）能否制得无水AlCl₃不能（填：能或不能），原因是直接加热AlCl₃溶液，会发生水解反应，最终得到氧化铝；
（5）取体积为V（L）的酸浸液，向其中滴加a mol•L^-1的NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与所加的NaOH溶液的体积（L）关系如图2．请用V1、V2、V3表示所取的酸浸液中n（Fe³⁺）：n（Al³⁺）$\frac{4{V}_{2}-{V}_{1}-3{V}_{3}}{3（{V}_{3}-{V}_{2}）}$．

分析加H₂O₂把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加氢氧化钠调节pH，生成氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，过滤得滤渣中含氢氧化铁和氢氧化铝，加过量盐酸生成氯化铝、氯化铁，酸浸液加入适量铝把铁置换出来，过滤得到氯化铝；对于滤液I，含硫酸铜，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸铜晶体，
（1）加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，该氧化剂的优点是不引入杂质，产物对环境物污染；滤渣c是氢氧化铝，根据部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH表，选择使氢氧化铝沉淀完全且氢氧化铜不沉淀的pH；
（2）双氧水具有氧化性，能够将亚铁离子氧化成铁离子；
（3）加入金属铝可以将溶液中铁离子、氢离子除去；
（4）氯化铝属于强酸弱碱盐，会发生水解生成氢氧化铝和氯化氢，氯化氢具有挥发性，最终生成氧化铝；
（5）根据图象曲线变化及发生反应原理进行计算．

解答解：加H₂O₂把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加氢氧化钠调节pH，生成氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，过滤得滤渣中含氢氧化铁和氢氧化铝，加过量盐酸生成氯化铝、氯化铁，酸浸液加入适量铝把铁置换出来，过滤得到氯化铝；对于滤液I，含硫酸铜，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸铜晶体，
（1）第②步加H₂O₂的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，过氧化氢做氧化剂不引入杂质，对环境无污染；
加入氢氧化钠溶液调节PH=x，目的是生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝开始沉淀PH=4，沉淀完全PH=5.0，氢氧化铜开始沉淀PH=5.4，所以选择的PH范围是：5.0≤X＜5.4，pH至少应调至5.0，
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；5.0；
（2）亚铁离子被双氧水氧化成铁离子，反应的离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）流程②中加入适量Al粉，将酸浸液中的铁离子和氢离子反应，从而除去铁离子和氢离子，
故答案为：与酸浸液中Fe³⁺和H⁺反应生成Al³⁺；
（4）氯化铝为强酸弱碱盐，水解反应方程式为：AlCl₃+3H₂O?Al（OH）₃+3HCl水解为吸热反应，加热使水解平衡向水解方向移动，蒸干，氯化氢挥发，得到氢氧化铝，灼烧氢氧化铝得到氧化铝，
故答案为：不能；直接加热AlCl₃溶液，会发生水解反应，最终得到氧化铝；
（5）0-V₁阶段，滴加的NaOH用于中和剩余的HCl，发生反应为：HCl+NaOH=NaCl+H₂O，
设Fe³⁺、Al³⁺物质的量分别为y、x，
V₁-V₂阶段，继续滴加的NaOH与Fe³⁺、Al³⁺反应：
Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓
x 3x x y 3y
则：①3x+3y=（V₂-V₁）×a，
V₂-V₃阶段，继续滴加的NaOH与Al（OH）₃反应，沉淀量开始减少，发生反应：
Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
x x
则②x=（V₃-V₂）×a=（V₃-V₂）amol，
①②解得：y=$\frac{4{V}_{2}-{V}_{1}-{3V}_{3}}{3}$amol，
y：x=$\frac{4{V}_{2}-{V}_{1}-{3V}_{3}}{3}$amol：（V₃-V₂）amol=$\frac{4{V}_{2}-{V}_{1}-3{V}_{3}}{3（{V}_{3}-{V}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{4{V}_{2}-{V}_{1}-3{V}_{3}}{3（{V}_{3}-{V}_{2}）}$．

点评本题考查性质实验方案的设计、物质的分离与提纯方法的综合应用，题目难度较大，明确实验目的为解答关键，注意掌握物质分离和提纯的操作方法，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．

练习册系列答案

1．

Cu₂S是火法炼铜一种重要的原料，下面是由Cu₂S冶炼铜及制取CuSO₄•5H₂O的流程图：
Cu₂S$→_{△}^{O}$Cu$\stackrel{焙}{→}$Cu₂O$\stackrel{足量稀硫酸}{→}$A$\stackrel{操作1}{→}$B$\stackrel{蒸发结晶}{→}$胆矾
（1）Cu₂S中铜元素的化合价为+1，火法炼铜的反应原理是Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu+SO₂（用化学方程式表示）．
（2）Cu₂O，CuO加入足量稀硫酸得到的体系A中看到溶液呈蓝色，且有红色物质生成，请写出生成红色物质的离子方程式：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O．
（3）若将A中单质反应，操作加入试剂最好是C．
A．加入适量的NaNO₃ B．适量的 HNO₃ C．适量的H₂O₂
（4）若B溶液的体积为0.2L，电解B溶液一段时间后溶液的pH值由2变为1（体积变化忽略不计），此时电解过程中转移电子数的物质的量是0.018mol．
（5）取5.0g胆矾样品逐渐升高温度使其分解，分解过程的热重曲线如下图所示：通过计算确定258℃时发生反应的化学方程式CuSO₄•H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+H₂O，e点的化学式Cu₂O（计算过程略去）．

18．废旧铅蓄电池的回收利用是发展循环经济的必经之路．其阴、阳极填充物（铅膏，主要含PbO、PbO₂、PbSO₄）是废旧铅蓄电池的主要部分，回收时所得黄丹（PbO）、碳酸铅可用于合成三盐基硫酸铅（组成可表示为3PbO•PbSO₄•H₂O），其工艺流程如下：

（1）用碳酸盐作转化剂，将铅膏中的硫酸铅转化为碳酸铅，转化反应式如下：
PbSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?PbCO₃（s）+SO₄^2-（aq）
①下列说法错误的是：B．
A．PbSO₄的K_sp比PbCO₃的K_sp大
B．该反应平衡时，c（CO₃^2-）=c（SO₄^2-）
C．该反应的平衡常数K=$\frac{{K}_{SP}（PbS{O}_{4}）}{{K}_{SP}（PbC{O}_{3}）}$
②室温时，向两份相同的PbSO₄样品中分别加入同体积、同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可实现上述转化，在Na₂CO₃溶液中PbSO₄转化率较大，理由是相同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液中，前者c（CO₃^2-）较大．
（2）滤液A能用来回收Na₂SO₄•10H₂O，提取该晶体的主要步骤有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；检验该晶体中阴离子的实验方法是取少量晶体溶于蒸馏水，然后用盐酸酸化，再滴BaCl₂溶液，若出现白色沉淀，即证明该晶体中含有SO₄^2-．
（3）物质X是一种可循环使用的物质，其溶质主要是HNO₃（填化学式），若X中残留的SO₄^2-过多，循环利用时可能出现的问题是浸出时部分铅离子生成PbSO₄随浸出渣排出，降低PbSO₄的产率．
（4）生成三盐基硫酸铅的离子方程式为4PbSO₄+6OH^-=3PbO•PbSO₄•H₂O+3SO₄^2-+2H₂O．
（5）向铅膏浆液中加入Na₂SO₃溶液的目的是将其中的PbO₂还原为PbO．若实验中所取铅膏的质量为47.8g，其中PbO₂的质量分数为15%，则要将PbO₂全部还原，至少需要加入60mL的0.5mol•L^-1Na₂SO₃溶液．

5．硫酸亚锡（SnSO₄）主要用于电镀工业的镀锡、铝合金表面氧化着色、印染工业的媒染剂、双氧水去除剂等．某研究小组设计SnSO₄制备路线如图：

查阅资料：
Ⅰ．酸性条件下，锡在水溶液中主要以Sn²⁺、Sn⁴⁺两种形式存在，碱性条件下溶液中主要以Sn（OH）₄^2-、Sn（OH）₆^2-两种形式存在；
Ⅱ．SnCl₂易水解生成难溶物Sn（OH）Cl（碱式氯化亚锡）．
请回答下列问题：
（1）SnCl₂粉末需加浓盐酸进行溶解，请用平衡移动原理解释原因加入盐酸，使水解平衡向左移动，抑制Sn²⁺水解；
（2）加入Sn粉的作用有两个：调节溶液pH，防止Sn²⁺被氧化；
（3）反应Ⅰ生成的气体为CO₂，得到的沉淀是SnO，写出该反应的离子方程式Sn²⁺+CO₃^2-═SnO↓+CO₂↑，该沉淀经过滤后需漂洗，如何证明沉淀已经洗涤完全取最后一次洗涤液，向其中加入AgNO₃溶液，若无沉淀，则说明已洗涤干净；
（4）多步操作包含的具体实验步骤的名称是：加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤；
（5）该小组通过下列方法测所用锡粉样品的纯度（杂质不参与反应）：
①将试样溶于盐酸中，发生的反应为：Sn+2HCl═SnCl₂+H₂↑；
②加入过量的FeCl₃；
③用已知浓度的K₂Cr₂O₇滴定生成的Fe²⁺，发生的反应为：6FeCl₂+K₂Cr₂O₇+14HCl═6FeCl₃+2KCl+2CrCl₃+7H₂O取1.226g锡粉样品，经上述各步反应后，共用去0.1000mol/L K₂Cr₂O₇溶液32.00mL．则该锡粉样品中锡的质量分数是93.18%．（计算结果精确至0.01%）

15．有关常温下pH均为3的醋酸和硫酸的说法正确的是（　　）

	A．	两种溶液中，由水电离出的氢离子浓度均为1×10^-11 mol•L^-1
	B．	分别加水稀释100倍后，两种溶液的pH仍相同
	C．	醋酸中的c（CH₃COO^-）和硫酸中的c（SO₄^2-）相等
	D．	分别加入足量锌片，两种溶液生成H₂的体积相同