Question

15．信息时代给人们的生活带来了极大的便利，但同时也产生了大量的电子垃圾．某化学兴趣小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到了主要含Cu、Al及少量Fe、Au等金属的混合物，并设计了如下制备硫酸铜晶体和硫酸铝晶体的路线：

部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH3）	Cu（OH）2
开始沉淀	1.1	4.0	5.4
完全沉淀	3.2	5.2	6.7

（1）过滤操作中用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒．
（2）Cu可溶于稀硫酸与H₂O₂的混合溶液，其离子方程式是Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O．
（3）滤渣a的主要成分是Au．
（4）步骤③中X的取值范围是5.2≤X＜5.4．
（5）为了测定硫酸铜晶体的纯度，该组甲同学准确称取4.0g样品溶于水配成100mL溶液，取10mL溶液于带塞锥形瓶中，加适量水稀释，调节溶液pH=3～4，加入过量的KI和淀粉指示剂，用0.1000mol•L^-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点．共消耗14.00mL
Na₂S₂O₃标准溶液．上述过程中反应的离子方程式如下：
2Cu²⁺+4I^-═2CuI（白色）↓+I₂      2${S_2}O_3^{2-}$+I₂═2I^-+${S_4}O_6^{2-}$
①样品中硫酸铜晶体的质量分数为87.5%．
②该组乙同学提出通过直接测定样品中$SO_4^{2-}$的量也可求得硫酸铜晶体的纯度，老师审核后予以否决，其原因是样品中含有Na₂SO₄等杂质．
（6）请你设计一个由滤渣c得到Al₂（SO₄）₃•18H₂O的实验方案将滤渣c加入稀硫酸溶解，然后蒸发、浓缩、冷却、结晶、过滤得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶体．

Answer 1

分析 由流程可知，金属混合物加入稀硫酸铝、铁溶解，加入过氧化氢，亚铁离子被氧化为铁离子，铜在酸性溶液中被过氧化氢氧化为铜离子，过滤得到滤渣a为Au，滤液中主要含有铁离子铝离子和铜离子，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH=3.4，依据题干信息，是为了沉淀铁离子，过滤得到滤渣b为Fe（OH）₃，滤液为铝离子和铜离子，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH=5.2-5.4使铝离子全部沉淀过滤得到滤渣C为Al（OH）₃，用硫酸溶解后蒸发、浓缩、冷却、结晶、过滤得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶体；得到滤液为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到硫酸铜晶体，
（1）过滤操作用到的仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；
（2）铜被双氧水氧化成铜离子，据此写出反应的离子方程式；
（3）Cu、Al及少量Fe、Au等金属的混合物，其中铜、铝、铁都发生反应而溶解，Au化学性质稳定，成为滤渣a的主要成分；
（4）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；
（5）①依据滴定实验发生的反应的定量关系进行计算样品中所含铜离子物质的量，结合元素守恒计算硫酸铜 晶体质量分数；
②样品中含有硫酸钠，测定硫酸根离子含量不能计算得到硫酸铜晶体的含量；
（6）滤渣C主要是氢氧铝，加入硫酸溶解后通过这蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体Al₂（SO₄）₃•18H₂O．

解答 解：由流程可知，金属混合物加入稀硫酸铝、铁溶解，加入过氧化氢，亚铁离子被氧化为铁离子，铜在酸性溶液中被过氧化氢氧化为铜离子，过滤得到滤渣a为Au，滤液中主要含有铁离子铝离子和铜离子，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH=3.4，依据题干信息，是为了沉淀铁离子，过滤得到滤渣b为Fe（OH）₃，滤液为铝离子和铜离子，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH=5.2-5.4使铝离子全部沉淀过滤得到滤渣C为Al（OH）₃，用硫酸溶解后蒸发、浓缩、冷却、结晶、过滤得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶体；得到滤液为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到硫酸铜晶体；
（1）过滤是化学实验中经常用到的实验操作．过滤操作中用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗，故答案为：烧杯、漏斗、玻璃棒；
（2）Cu可溶于稀硫酸与H₂O₂的混合溶液，铜被氧化成铜离子，双氧水生成水，根据化合价升降相等配平，反应的离子方程式是Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，
故答案为：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；
（3）由于Cu、Al、Fe都因反应溶解于溶液中，剩下Au不反应，过滤到了滤渣a中，故答案为：Au；
（4）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=5.2，氢氧化铜开始沉淀pH=5.4，所以选择的pH范围是：5.2≤X＜5.4，
故答案为：5.2≤X＜5.4；
（5）由2Cu²⁺+4I-═2CuI（白色）↓+I₂、2S₂O₃^2-+I₂═2I-+S₄O₆^2-可知，
 反应的定量关系为：2Cu²⁺～I₂ ～2S₂O₃^2-
          1.4×10^-3mol    0.100 0mol•L^-1×0.014.00L=1.4×10^-3mol
100ml溶液中含硫酸铜晶体物质的量为1.4×10^-2mol，所以硫酸铜晶体的质量分数=$\frac{1.4×1{0}^{-2}mol×250g/mol}{4.0g}$×100%=87.5%，
故答案为：87.5%；
②依据流程分析判断，样品中含有硫酸钠，不能通过测定硫酸根离子的方法计算得到硫酸铜晶体的质量分数，故答案为：样品中含有Na₂SO₄等杂质；
（6）分析流程可知，滤渣C主要是氢氧铝，加入硫酸溶解后通过这蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体Al₂（SO₄）₃•18H₂O，
故答案为：将滤渣c加入稀硫酸溶解，然后蒸发、浓缩、冷却、结晶、过滤得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶体．

点评 本题考查混合物的分离和提纯方法的综合应用、制备方案的设计，题目难度中等，明确实验目的和实验原理为解答关键，注意掌握铝离子、铁离子、铜离子的分离方法和性质判断，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力．