Question

5．信息時代產生的大量電子垃圾對環(huán)境構成了極大的威脅．某“變廢為寶”學生探究小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設計出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：

請回答下列問題：
（1）第①步Cu與酸反應的離子方程式為Cu+4H⁺+2NO₃^-?Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-?3Cu²++2NO↑+4H₂O；得到濾渣1的主要成分為Au、Pt．
（2）第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺；調溶液pH的目的是使Fe³⁺和Al³⁺生成沉淀．
（3）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O，探究小組設計了三種方案：
甲：濾渣2$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$酸浸液$\stackrel{蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾}{→}$Al₂（SO₄）₃•18H₂O
乙：濾渣2$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$酸浸液$→_{過濾}^{適量Al}$濾液$\stackrel{蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾}{→}$Al₂（SO₄）₃•18H₂O
丙：濾渣2$→_{過濾}^{NaOH溶液}$濾液$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{→}$濾液$\stackrel{蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾}{→}$Al₂（SO₄）₃•18H₂O
上述三種方案中，甲方案不可行，原因是甲方案在濾渣中只加硫酸會生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質．

Answer 1

分析 稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，而Au、Pt不反應，所以濾渣1 的成分是Pt和Au，濾液1中的離子是Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，該氧化劑的優(yōu)點是不引入雜質，產物對環(huán)境物污染，調溶液PH的目的是使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀．所以濾液2的成分是Cu²⁺，經蒸發(fā)結晶可得到CuSO₄•5H₂O晶體，濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁，在濾渣中加NaOH，和Al（OH）₃反應生成NaAlO₂，再在濾液中加H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃，蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體，由此可得．

解答 解：稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，而Au、Pt不反應，所以濾渣1 的成分是Pt和Au，濾液1中的離子是Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，該氧化劑的優(yōu)點是不引入雜質，產物對環(huán)境物污染，調溶液PH的目的是使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀．所以濾液2的成分是Cu²⁺，經蒸發(fā)結晶可得到CuSO₄•5H₂O晶體，濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁，在濾渣中加NaOH，和Al（OH）₃反應生成NaAlO₂，再在濾液中加H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃，蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體，
（1）硝酸根離子在酸性條件下有強氧化性，將銅氧化為銅離子，自身被還原為低價的氧化物，反應為：Cu+4H⁺+2NO₃^-?Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-?3Cu²++2NO↑+4H₂O；Au、Pt與酸不反應，則為濾渣1的主要成分；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-?Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O或3Cu+8H⁺+2NO₃^-?3Cu²++2NO↑+4H₂O；Au、Pt；
（2）第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，調溶液PH的目的是使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀；
故答案為：把Fe²⁺氧化為Fe³⁺；Fe³⁺和Al³⁺；
（3）制備硫酸鋁晶體的甲、乙、丙三種方法中，甲方案在濾渣中只加硫酸會生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質；
乙方案先在濾渣中加H₂SO₄，生成Fe₂（SO₄）₃和Al₂（SO₄）₃，再加Al粉和Fe₂（SO₄）₃生成Al₂（SO₄）₃，蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體；
丙方案先在濾渣中加NaOH和Al（OH）₃反應生成NaAlO₂，再在濾液中加H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃，蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體；但從原子利用角度考慮方案乙最合理，因為丙加的NaOH和制備的Al₂（SO₄）₃的原子組成沒有關系，造成原子浪費，所以上述三種方案中：甲方案制得的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質，不可行；
故答案為：甲；甲方案在濾渣中只加硫酸會生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質．

點評 本題考查物質的制備實驗，為高頻考點，把握制備實驗流程及物質組成、性質、發(fā)生的反應為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的考查，題目難度中等．