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{\;\;� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

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^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；得到滤渣1的主要成分为Au、Pt．
（2）第②步加H₂O₂的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，调溶液pH的目的是使Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀．
（3）用第③步所得CuSO₄•5H₂O制备无水CuSO₄的方法是加热脱水．
（4）由滤渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O，探究小组设计了三种方案：
甲：滤渣2$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$酸浸液，蒸发、冷却、结晶、过滤Al₂（SO₄）₃•18H₂O
乙：滤渣2$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$酸浸液$→_{过滤}^{适量AI粉}$滤液，蒸发、冷却、结晶、过滤Al₂（SO₄）₃•18H₂O
丙：$→_{过滤}^{NaOH溶液}$滤液$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$溶液，蒸发、冷却、结晶、过滤Al₂（SO₄）₃•18H₂O
上述三种方案中，甲方案不可行，原因是甲所得产品中含有较多Fe₂（SO₄）₃杂质；
从原子利用率角度考虑，乙方案更合理．
（5）探究小组用滴定法测定CuSO₄•5H₂O（M_r=250）含量．取a g试样配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干扰离子后，用c mol•L^-1 EDTA（H₂Y^2-）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液至b mL．滴定反应如下：Cu²⁺+H₂Y^2-═CuY^2-+2H⁺．写出计算CuSO₄•5H₂O质量分数的表达式w=$\frac{cmol•{L}^{-1}×b×1{0}^{-3}L×250g•mo{l}^{-1}×5}{ag}×100%$．

分析稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生反应生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，而Au、Pt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⁺、Fe³⁺，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，产物对环境物无污染，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）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，产物对环境无污染．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；
（5）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：Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；Au、Pt；
（2）第②步加H₂O₂的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；调节溶液PH铁离子和铝离子全部沉淀后过滤得到氢氧化铁、氢氧化铝沉淀和滤液硫酸铜，故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；Fe³⁺、Al³⁺；
（3）胆矾加热易分解，故利用加热脱水的方法除去结晶水，故答案为：加热脱水；
（4）制备硫酸铝晶体的甲、乙、丙三种方法中，甲方案在滤渣中只加硫酸会生成硫酸铁和硫酸铝，冷却、结晶、过滤得到的硫酸铝晶体中混有大量硫酸铁杂质；乙方案先在滤渣中加H₂SO₄，生成Fe₂（SO₄）₃和Al₂（SO₄）₃，再加Al粉和Fe₂（SO₄）₃生成Al₂（SO₄）₃，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体；丙方案先在滤渣中加NaOH和Al（OH）₃反应生成NaAlO₂，再在滤液中加H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体；但从原子利用角度考虑方案乙最合理，因为丙加的NaOH和制备的Al₂（SO₄）₃的原子组成没有关系，造成原子浪费，所以上述三种方案中：甲方案制得的硫酸铝晶体中混有大量硫酸铁杂质，不可行；从原子利用率和是否产生杂质考虑知，乙方案更合理，故答案为：甲；甲所得产品中含有较多Fe₂（SO₄）₃杂质；乙；
（5）取a g试样配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干扰离子后，用c mol•L^-1 EDTA（H₂Y^2-）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液6mL．滴定反应如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺，铜离子物质的量和标准液物质的量相同=cmol/L×b×10^-3L=bc×10^-3mol；依据元素守恒得到：
则20ml溶液中含有的CuSO₄•5H₂O物质的量为bc×10^-3mol；100ml溶液中含bc×10^-3mol×5=5bc×10^-3mol；
所以CuSO₄•5H₂O质量分数的表达式=$\frac{cmol•{L}^{-1}×b×1{0}^{-3}L×250g•mo{l}^{-1}×5}{ag}$×100%，故答案为：$\frac{cmol•{L}^{-1}×b×1{0}^{-3}L×250g•mo{l}^{-1}×5}{ag}$×100%．

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．

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物质	NH₄Cl	NaHCO₃	Na₂CO₃	NaCl
溶解度/g	37.2	9.6	21.5	36.0

	1	2	3	4
V（样品）	20.00	20.00	20.00	20.00
V（NaOH）（初读数）	0.00	0.50	0.70	1.00
V（NaOH）（终读数）	22.60	22.25	22.05	23.00

	A．	可与溴水反应，且1 mol该物质与足量溴水反应消耗6 mol Br₂
	B．	可与NaOH溶液反应，1 mol该物质可与5 mol NaOH反应
	C．	一定条件下1 mol该物质可与H₂加成，耗H₂最大量为6 mol
	D．	维生素P能发生水解反应

	A．	常温下，1.6g由氧气和臭氧组成的混合物中含有氧原子的数目为0.1N_A
	B．	标准状况下，22.4 L己烷中共价键数目为19N_A
	C．	1mol羟基与1mol氢氧根离子所含电子数均为9 N_A
	D．	在过氧化钠与水的反应中，每生成0.1mol氧气，转移电子的数目为0.4N_A

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