Question

1．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：

（1）第①步Cu与酸反应的离子方程式为Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，使用H₂O₂的优点是不引入杂质，对环境无污染；
（3）用第③步所得CuSO₄•5H₂O制备无水CuSO₄的方法是在坩埚中加热脱水（填仪器名称和操作方法）．
（4）由滤渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O，探究小组设计了三种方案：
上述三种方案中，甲方案不可行，从原子利用率角度考虑，乙方案更合理．
（5）探究小组用滴定法测定CuSO₄•5H₂O （Mr=250）含量．取a g试样配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干扰离子后，用c mol•L^-1 EDTA（H₂Y^2-）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液6mL．滴定反应如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺
在往滴定管中装入标准液之前，滴定管应该先经过检验是否漏水，再用水清洗干净，
然后再标准液润洗，方可装入标准液．排除酸式滴定管尖嘴处气泡的方法是快速放出液体．在滴定时，左手操作滴定管活塞．
（6）写出计算CuSO₄•5H₂O质量分数的表达式（要求带单位）ω=$\frac{c×b×10{\;}^{-3}×250×5}{a}$；
（7）下列操作会导致CuSO₄•5H₂O含量的测定结果偏高的有cd．
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
d．读取滴定管中待测液的初始体积时仰视．

Answer 1

分析 （1）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⁺；
（2）过氧化氢具有氧化性且被还原为水，无杂质无污染；
（3）第③步由五水硫酸铜制备硫酸铜的方法应是在坩埚中加热脱水；
（4）依据实验方案过程分析制备晶体中是否含有杂质，使用的试剂作用，原料的利用率，原子利用率因素分析判断；
（5）滴定管使用之前应该先经过检验是否漏水，再用水清洗干净，然后再用标准液润洗，方可装入标准液．排除酸式滴定管尖嘴处气泡的方法是快速放出液体，在滴定时，左手操作滴定管活塞；
（6）依据滴定实验和反应离子方程式计算得到；
（7）滴定实验误差分析依据标准溶液消耗的多少进行分析判断．

解答 解：（1）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①步Cu与酸反应的离子方程式为：Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（2）过氧化氢做氧化剂不引入杂质，对环境无污染，故答案为：不引入杂质，对环境无污染；
（3）第③步由五水硫酸铜制备硫酸铜的方法应是在坩埚中加热脱水，故答案为：在坩埚中加热脱水；
（4）制备硫酸铝晶体的甲、乙、丙三种方法中，甲方案在滤渣中只加硫酸会生成硫酸铁和硫酸铝，冷却、结晶、过滤得到的硫酸铝晶体中混有大量硫酸铁杂质，方法不可行；乙和丙方法均可行；乙方案先在滤渣中加H₂SO₄，生成Fe₂（SO₄）₃和Al₂（SO₄）₃，再加Al粉和Fe₂（SO₄）₃生成Al₂（SO₄）₃，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体；
丙方案先在滤渣中加NaOH和Al（OH）₃反应生成NaAlO₂，再在滤液中加H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体；但从原子利用角度考虑方案乙更合理，因为丙加的NaOH和制备的Al₂（SO₄）₃的原子组成没有关系，造成原子浪费；
故答案为：甲；乙；
（5）滴定管使用之前应该先经过检验是否漏水，再用水清洗干净，然后再用标准液润洗，方可装入标准液．排除酸式滴定管尖嘴处气泡的方法是快速放出液体，在滴定时，左手操作滴定管活塞，故答案为：检验是否漏水；标准液润洗；快速放出液体；左；
（6）取a g试样配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干扰离子后，用c mol•L^-1 EDTA（H₂Y^2-）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液6mL．滴定反应如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺
铜离子物质的量和标准液物质的量相同=cmol/L×b×10^-3L=bc×10^-3mol；依据元素守恒得到：
则20ml溶液中含有的CuSO₄•5H₂O物质的量为bc×10^-3mol；100ml溶液中含bc×10^-3mol×5=5bc×10^-3mol；
所以CuSO₄•5H₂O质量分数的表达式=$\frac{c×b×10{\;}^{-3}×250×5}{a}$；故答案为：$\frac{c×b×10{\;}^{-3}×250×5}{a}$；
（7）a．未干燥锥形瓶对实验结果无影响，故错误；
b．滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡说明消耗标准液读数偏小，结果偏低，故错误；
c．未除净可与EDTA反应的干扰离子，消耗标准液多，结果偏高，故正确；
d．读取滴定管中待测液的初始体积时仰视，读数偏小，则消耗滴定标准液偏高，所以结果偏高，故正确；
故答案为：cd．

点评 本题考查离子分离的方法，实验设计，试剂选择，中和滴定的简单计算和误差的分析，离子性质的熟练掌握是解题关键，题目难度中等．