Question

（12分）信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70％Cu、25％Al、4％Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：

请回答下列问题：
⑴ 第①步Cu与混酸反应的离子方程式为______________________________；
得到滤渣1的主要成分为______________    _____。
⑵ 第②步加H₂O₂的作用是_____________________，使用H₂O₂的优点是_________；调溶液pH的目的是使_______________________________生成沉淀。
⑶ 简述第③步由滤液2得到CuSO₄·5H₂O的方法是________________________ 。
⑷ 由滤渣2制取Al₂(SO₄)₃·18H₂O ，探究小组设计了三种方案：

上述三种方案中，_________________方案不可行，原因是_________________________：
从原子利用率角度考虑，___________方案更合理。
⑸ 探究小组用滴定法测定CuSO₄·5H₂O （Mr＝250）含量。取a g试样配成100 mL溶液，每次取20.00 mL，消除干扰离子后，用c mol·L^－1 EDTA（H₂Y^2－）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液b mL。滴定反应如下：Cu²⁺ + H₂Y^2－＝ CuY^2－ + 2H⁺
写出计算CuSO₄·5H₂O质量分数的表达式ω＝ _____________________________ ；
下列操作会导致CuSO₄·5H₂O含量的测定结果偏高的是_____________。
a．未干燥锥形瓶    b．滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡
c．未除净可与EDTA反应的干扰离子

Answer 1

⑴ Cu + 4H⁺ + 2NOCu²⁺ + 2NO₂↑+ 2H₂O 或
3Cu + 8H⁺ + 2NO3Cu²⁺ + 2NO↑+ 4H₂O  Au、Pt
⑵ 将Fe²⁺氧化为Fe³⁺  不引入杂质，对环境无污染    Fe³⁺、Al³⁺
⑶ 蒸发冷却 结晶过滤
⑷ 甲   所得产品中含有较多Fe₂(SO₄)₃杂质   乙
⑸  × 100%    c

试题分析：（1）浓硝酸具有强氧化性，能把铜氧化生成硝酸铜、NO和水，反应的方程式是 Cu + 4H⁺ + 2NOCu²⁺ + 2NO₂↑+ 2H₂O。由于浓硝酸和硫酸都不能溶解Au或Pt，所以滤渣是1的主要成分为Au、Pt。
（2）由于滤液中可能含有亚铁离子，所以加入双氧水的目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后生成氢氧化铁沉淀而除去。双氧水的还原产物是水，所以双氧水作为氧化剂的优点是不引入杂质，对环境无污染。要回收铜，就必需除去溶液中的铁离子和铝离子，所以调溶液pH的目的是使Fe³⁺、Al³⁺形成沉淀而除去。
（3）硫酸铜易溶于水，所以要得到硫酸铜晶体需要经过蒸发、冷却、结晶、过滤。
（4）由于甲方案中硫酸和氢氧化铁及氢氧化铝都是反应的，所以生成的滤液中含有硫酸铁和硫酸铝。因此如果直接蒸发，将使所得产品中含有较多Fe₂(SO₄)₃杂质。由于铝的金属性强于铁的，所以方案乙中铝能置换出铁，从原子利用率最高。而方案丙中生成的硫酸铝小于方案乙中生成的硫酸铝，原子利用率没有乙高。
（5）消耗EDTA的物质的量是0.001bcmol，所以根据反应的方程式可知，消耗铜离子的物质的量也是0.001bcmol，所以每一份中胆矾的物质的量是0.001bcmol。因此CuSO₄·5H₂O质量分数的表达式ω＝ × 100% 。根据表达式可知，如果未干燥锥形瓶，是不会影响实验结果的。若滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡，则消耗标准液的体积将减少，测定结果偏低；如果未除净可与EDTA反应的干扰离子，则消耗标准液的体积将偏大，测定结果偏高，因此答案选C。
点评：化学是一门以实验为基础的学科，所以有化学实验即科学探究之说法。纵观近几年高考，主要以考察探究性实验和物质制备实验为主。这些探究性和制备性实验的试题，综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，要求考生必须冷静的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能正确作答。
探究性实验的一般思路
1、准确地把握实验目的
2、利用已学知识，分析如何实现这个目的-－实验原理
3、结合实验材料，初步确定设计对策－－实验方案