Question

信息时代产生的大量电子垃圾对环境造成了极大的威胁．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晶体的路线：

回答下列问题：
（1）第①步Cu与酸反应的离子方程式为

 

；得到滤渣1的主要成分为

 

．
（2）第②步加入H₂O₂的作用是

 

，使用H₂O₂的优点是

 

；调节pH的目的是使

 

生成沉淀．
（3）用第③步所得CuSO₄?5H₂O制备无水CuSO₄的方法是

 

．
（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，

 

方案不可行；三种方案中均采用了蒸发，进行该操作时注意

 

时停止加热．
（5）探究小组用滴定法测定CuSO₄?5H₂O（M_r=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 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⁺．（EDTA：乙二胺四乙酸白色结晶粉末状固体，呈酸性．）
配制EDTA（H₂Y^2-）标准溶液时，下列仪器不必要用到的有

 

（用编号表示）．
①电子天平  ②烧杯   ③量筒   ④玻璃棒   ⑤容量瓶   ⑥胶头滴管   ⑦移液管
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．未除静可与EDTA反应的干扰离子．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计

专题：实验设计题

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；可以氧化亚铁离子为铁离子易于沉淀除去，调节溶液PH目的是铁离子和铝离子全部沉淀；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+，滤渣2的成分为氢氧化铁和氢氧化铝；
（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；加热蒸发时不能直接蒸干，否则容易导致固体飞溅；
（5）根据配制一定物质的量浓度的溶液步骤判断使用仪器；依据滴定实验和反应离子方程式计算得到；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：3Cu+8H⁺+2NO₃^-

△   .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-

△   .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；Au、Pt；
（2）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使Fe³⁺、Al³⁺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，
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；不引入杂质，对环境无污染；Fe³⁺、Al³⁺；
（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；
蒸发过程中，当蒸发浓缩至溶液表面出晶膜时停止加热，避免造成固体飞溅现象，
故答案为：甲；蒸发浓缩至溶液表面出晶膜；
（5）配制c mol/L EDTA（H₂Y^2-）标准溶液过程中使用的仪器有：电子天平、容量瓶、玻璃棒、胶头滴管、烧杯，不需要的仪器为：③量筒、⑦移液管；
滴定反应为：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；依据元素守恒可得：
20ml溶液中含有的CuSO₄?5H₂O物质的量为：bc×10^-3mol，
则100ml溶液中含硫酸铜晶体的物质的量为：bc×10^-3mol×

100mL

20mL

=5bc×10^-3mol，
所以CuSO₄?5H₂O质量分数的表达式为：

cmol/L×b×10-3L×250g/mol×5

ag

×100%；
a．未干燥锥形瓶对实验结果无影响，故a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b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c正确；
故答案为：③⑦；

cmol/L×b×10-3L×250g/mol×5

ag

×100%；c．

点评：本题通过制备硫酸铜晶体，考查了制备实验方案的设计，试题涉及硫酸铜晶体的制备方法、中和滴定的简单计算和误差的分析，题目难度中等，明确制备原理为解答本题关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．