Question

5．信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了威胁．某研究性学习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：

（1）第①步Cu与酸反应的离子方程式为Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．
（2）第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化为Fe³⁺．
（3）该探究小组提出两种方案测定CuSO₄•5H₂O晶体的纯度．
方案一：取a g试样溶于水，加入过量KI固体，充分反应，生成白色沉淀．用0.100 0mol•L-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定（原理为I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-），到达滴定终点时，消耗Na₂S₂O₃标准溶液20.00mL．
①滴定过程中可选用淀粉溶液作指示剂，滴定终点的现象是蓝色刚好褪去，且半分钟内不恢复蓝色．
②CuSO₄溶液与KI反应的离子方程式为2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂．
方案二：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^-1EDTA（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⁺．
③写出计算CuSO₄•5H₂O质量分数的表达式w=$\frac{7.5c}{a}$×100%．
（4）请补充完整从滤渣2制备Al₂（SO₄）₃•18H₂O的实验方案：边搅拌边向滤渣2中加入氢氧化钠溶液至滤渣不再溶解，过滤，在滤液中通人二氧化碳至不再有沉淀析出，过滤、用水洗涤固体2-3次，将固体转移到烧杯中，用硫酸溶解，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、用水洗涤固体2-3次，在50℃下干燥，得到Al₂（SO₄）₃•18H₂O．（可选试剂有：硫酸溶液、氢氧化钠溶液、氨水、二氧化碳）

Answer 1

分析 本题是以含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物制备硫酸铜和硫酸铝晶体的流程，首先在稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生反应生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，过滤除去少量Au、Pt；在滤液1中用绿色氧化剂过氧化氢氧化二价铁离子得到三价铁，然后通过调整溶液的pH使Fe³⁺、Al³⁺沉淀，过滤得到滤液2结晶，得到硫酸铜晶体，滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝的混合物，先用氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝沉淀，过滤得到偏铝酸钠溶液，再通人二氧化碳至不再有沉淀析出，过滤、用水洗涤固体2-3次得纯净的氢氧化铝沉淀，将固体转移到烧杯中，用硫酸溶解，蒸发浓缩、冷却结晶，得到硫酸铝晶体，
（1）稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu与浓硝酸发生反应生成Cu²⁺、NO₂和H₂O；
（2）过氧化氢具有氧化性且被还原为水，无杂质无污染，可以氧化亚铁离子为铁离子易于沉淀除去；
（3）①有碘参加反应，因此可以选用淀粉溶液作指示剂，根据滴定终点的判断方法分析；
②CuSO₄溶液与KI反应，铜离子被I^-还原为亚铜离子，碘离子被氧化为I₂，据此书写离子方程式；
③根据方程式可知20.00mL溶液中n（CuSO₄•5H₂O）=n（EDTA）=c×6×10^-3mol结合w=$\frac{m（CuSO{\;}_{4}•5H{\;}_{2}O）}{m（总）}$×100%计算；
（4）根据以上分析，滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝的混合物，先用氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝沉淀，过滤得到偏铝酸钠溶液，再通人二氧化碳至不再有沉淀析出，过滤、用水洗涤固体2-3次得纯净的氢氧化铝沉淀，将固体转移到烧杯中，用硫酸溶解，蒸发浓缩、冷却结晶，得到硫酸铝晶体；

解答 解：本题是以含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物制备硫酸铜和硫酸铝晶体的流程，首先在稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生反应生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，过滤除去少量Au、Pt；在滤液1中用绿色氧化剂过氧化氢氧化二价铁离子得到三价铁，然后通过调整溶液的pH使Fe³⁺、Al³⁺沉淀，过滤得到滤液2结晶，得到硫酸铜晶体，滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝的混合物，先用氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝沉淀，过滤得到偏铝酸钠溶液，再通人二氧化碳至不再有沉淀析出，过滤、用水洗涤固体2-3次得纯净的氢氧化铝沉淀，将固体转移到烧杯中，用硫酸溶解，蒸发浓缩、冷却结晶，得到硫酸铝晶体，
（1）稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu与浓硝酸发生反应生成Cu²⁺、NO₂和H₂O，离子反应为：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-═Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
（2）双氧水作氧化剂把Fe²⁺氧化为Fe³⁺；故答案为：把Fe²⁺氧化为Fe³⁺；
（3）①有碘参加反应，因此可以选用淀粉溶液作指示剂，根据滴定终点的判断方法，要求蓝色刚好褪去，且半分钟内不恢复蓝色；故答案为：淀粉溶液；蓝色刚好褪去，且半分钟内不恢复蓝色；
②铜离子被I^-还原为亚铜离子，碘离子被氧化为I₂，根据原子守恒和得失电子守恒书写离子方程式为；2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂；故答案为：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂；
③根据方程式可知20.00mL溶液中n（CuSO₄•5H₂O）=n（EDTA）=c×6×10^-3mol；所以m（CuSO₄•5H₂O）=c×6×10^-3mol×250g/mol=1.5c g，因此100mL溶液中CuSO₄•5H₂O的质量为：1.5c×5=7.5cg，所以w=$\frac{7.5cg}{ag}$×100%=$\frac{7.5c}{a}$×100%，故答案为：$\frac{7.5c}{a}$×100%；
（4）根据以上分析，滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝的混合物，先用氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝沉淀，过滤得到偏铝酸钠溶液，再通人二氧化碳至不再有沉淀析出，过滤、用水洗涤固体2-3次得纯净的氢氧化铝沉淀，将固体转移到烧杯中，用硫酸溶解，蒸发浓缩、冷却结晶，得到硫酸铝晶体；故答案为：氢氧化钠溶液；通人二氧化碳至不再有沉淀析出，过滤、用水洗涤固体2-3次，将固体转移到烧杯中，用硫酸溶解，蒸发浓缩、冷却结晶．

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．