Question

6．某校化学小组的同学将一批废弃的线路板简单处理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计了如图1制备硫酸铜和硫酸铝晶体的方案：

回答下列问题：
（1）第②步加入H₂O₂是为了除去Fe²⁺，该反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+4OH^-═2Fe（OH）₃．
（2）滤渣2的主要成分是Fe（OH）₃和Al（OH）₃．由滤渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O实验过程的最后步骤，是由Al₂（SO₄）₃溶液经过加热蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥（填写所需实验操作的名称），即获得Al₂（SO₄）₃•18H₂O晶体．
（3）用第③步所得CuSO₄•5H₂O可制得Cu（OH）₂．化学活动小组为探究Cu（OH）₂受热分解产物及产物性质，设计如下实验过程：取0.98g Cu（OH）₂固体加热，有铜的氧化物生成，其质量随温度变化如图3所示，产物A、B的化学式分别为CuO和Cu₂O．通过以上实验和图象可以得出如下结论：高温时B较稳定（填“较稳定”或“不稳定”）．
活动小组同学还进行了如下实验：
某同学用图2装置进行实验（夹持装置未画出），最终得出的结论是加热时A可将NH₃氧化为N₂，A被还原为单质Cu．支持此同学结论的现象是硬质玻璃管中黑色固体变成红色，烧杯中导管口部产生气泡，有无色、无味气体生成．

Answer 1

分析 制备硫酸铜和硫酸铝晶体的流程：Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物和稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生反应Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，Au、Pt和酸不反应，所以滤渣1的成分是Pt和Au，滤液1中的离子是Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；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，调节溶液PH铁离子和铝离子全部沉淀后过滤得到氢氧化铁、氢氧化铝沉淀和滤液硫酸铜，所以滤渣2的主要成分是Fe（OH）₃和Al（OH）₃，滤液2冷却结晶得到五水合硫酸铜，将五水合硫酸铜在坩埚中加热脱水制得硫酸铜，在滤渣2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，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体．
（1）H₂O₂的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，Fe³⁺与OH^-反应生成Fe（OH）₃沉淀，据此书写离子反应方程式；
（2）由Al₂（SO₄）₃溶液经过加热蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥获得Al₂（SO₄）₃•18H₂O晶体；
（3）0.98 g Cu（OH）₂受热分解得到的氧化物A、B应为CuO和Cu₂O，结合生成A的质量为0.8 g，可知A是CuO，则B是Cu₂O；结合图象可知高温时CuO分解为Cu₂O，即高温时Cu₂O较稳定，加热时CuO可将NH₃氧化为N₂，CuO被还原为单质Cu，现象是硬质玻璃管中黑色固体变成红色，烧杯中导管口部产生气泡，有无色、无味气体生成．

解答 解：稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生反应生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；所以滤渣1 的成分是Pt和Au，滤液1中的离子是Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，第②步加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，调溶液PH的目的是使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀．所以滤液2的成分是Cu²⁺，经蒸发结晶可得到CuSO₄•5H₂O晶体，滤渣2的成分为氢氧化铁和氢氧化铝，在滤渣中加NaOH，和Al（OH）₃反应生成NaAlO₂，再在滤液中加H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体．
（1）步骤②是在碱性条件下H₂O₂与Fe²⁺发生氧化还原反应生成Fe³⁺与OH^-，Fe³⁺与OH^-反应生成Fe（OH）₃沉淀，反应为：2Fe²⁺+H₂O₂+4OH^-═2Fe（OH）₃，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+4OH^-═2Fe（OH）₃；
（2）由滤渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O，在滤渣中加H₂SO₄，生成Fe₂（SO₄）₃和Al₂（SO₄）₃，再加Al粉和Fe₂（SO₄）₃生成Al₂（SO₄）₃，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥可得硫酸铝晶体，所以最后的操作步骤为过滤、洗涤、干燥，
故答案为：过滤、洗涤、干燥；
（3）0.98gCu（OH）₂固体物质的量为：0.01mol，依据分解图象分析判断，100°C时氢氧化铜分解产物为0.8g，高温1100°C得到B为0.72g，根据氢氧化铜分解生成氧化铜和水判断，Cu（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuO+H₂O；氧化铜摩尔质量为80g/mol，所以推断A为CuO，B为Cu₂O，依据温度图象可知Cu₂O比CuO稳定，如CuO在加热条件下发生反应生成Cu和N₂，则可观察到硬质玻璃管中黑色固体变成红色，烧杯中导管口部产生气泡，有无色、无味气体生成，
故答案为：CuO；较稳定；硬质玻璃管中黑色固体变成红色，烧杯中导管口部产生气泡，有无色、无味气体生成．

点评 本题考查制备硫酸铜和硫酸铝晶体的实验设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，注意把握物质的性质以及实验的原理和方法，题目难度中等．