Question

12．信息時代產(chǎn)生的大量電子垃圾對環(huán)境造成了極大的威脅．某“變廢為寶”學(xué)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(shè)計出如圖1制備硫酸銅晶體的路線：

回答下列問題：
（1）得到濾渣1的主要成分為Au、Pt．
（2）第②步加入H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，調(diào)節(jié)pH的目的是使Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀．
（3）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃•18H₂O，探究小組設(shè)計了如圖2二種方案：上述二種方案中，甲方案不可行，原因是所得產(chǎn)品中含有較多Fe₂（SO₄）₃雜質(zhì)；
（4）探究小組用滴定法測定CuSO₄•5H₂O （Mr=250）含量．取a g試樣配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干擾離子后，用c mol•L^-1 EDTA（H₂Y^2-）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，平均消耗EDTA溶液b mL．滴定反應(yīng)如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺寫出計算CuSO₄•5H₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式ω=$\frac{cmol/L×b×1{0}^{-3}L×250g/mol×5}{ag}$×100%；下列操作會導(dǎo)致CuSO₄•5H₂O含量的測定結(jié)果偏高的是c．
a．未干燥錐形瓶   
b．滴定終點(diǎn)時俯視滴定管讀數(shù)
c．未除凈可與EDTA反應(yīng)的干擾離子．

Answer 1

分析 金屬的混合物與稀硫酸、濃硝酸混合后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應(yīng)生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，而Au、Pt不反應(yīng)，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(diǎn)是不引入雜質(zhì)，產(chǎn)物對環(huán)境物污染，調(diào)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(jīng)蒸發(fā)結(jié)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H₂SO₄生成Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，加入鋁粉置換出鐵，過濾濾液中只有硫酸鋁，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體．
（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應(yīng)生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；所以濾渣1 的成分是Pt和Au；
（2）過氧化氫具有氧化性且被還原為水，無雜質(zhì)無污染；可以氧化亞鐵離子為鐵離子易于沉淀除去，調(diào)節(jié)溶液PH目的是鐵離子和鋁離子全部沉淀；第②步加H₂O₂的作用是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，該氧化劑的優(yōu)點(diǎn)是不引入雜質(zhì)，產(chǎn)物對環(huán)境物污染；調(diào)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+，濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁；（3）依據(jù)實驗方案過程分析制備晶體中是否含有雜質(zhì)，使用的試劑作用，原料的利用率，原子利用率因素分析判斷；
（4）依據(jù)滴定實驗和反應(yīng)離子方程式計算得到，滴定實驗誤差分析依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的多少進(jìn)行分析判斷．

解答 解：（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應(yīng)生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；所以濾渣1的成分是Pt和Au，濾液1中的離子是Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；第①步Cu與酸反應(yīng)的離子方程式為：Cu+4H⁺+2NO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，Au、Pt和酸不反應(yīng)，所以是濾渣；
故答案為：Au、Pt；
（2）第②步加H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，過氧化氫做氧化劑不引入雜質(zhì)，對環(huán)境無污染，調(diào)節(jié)溶液PH的目的是使鐵離子和鋁離子全部沉淀后過濾得到氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀和濾液硫酸銅，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；Fe³⁺、Al³⁺；
（3）制備硫酸鋁晶體的甲、乙兩種方法中，甲方案在濾渣中只加硫酸會生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結(jié)晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質(zhì)，方法不可行，乙方案加入鋁粉置換出鐵，過濾濾液中只有硫酸鋁，
故答案為：甲；所得產(chǎn)品中含有較多Fe₂（SO₄）₃雜質(zhì)；
（4）取a g試樣配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干擾離子后，用c mol•L^-1 EDTA（H₂Y^2-）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，平均消耗EDTA溶液6mL．滴定反應(yīng)如下：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺銅離子物質(zhì)的量和標(biāo)準(zhǔn)液物質(zhì)的量相同=cmol/L×b×10^-3L=bc×10^-3mol；依據(jù)元素守恒得到：
則20ml溶液中含有的CuSO₄•5H₂O物質(zhì)的量為bc×10^-3mol；100ml溶液中含bc×10^-3mol×5=5bc×10^-3mol；
所以CuSO₄•5H₂O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式=$\frac{cmol/L×b×1{0}^{-3}L×250g/mol×5}{ag}$×100%  　
a．未干燥錐形瓶對實驗結(jié)果無影響，故a錯誤；
b．滴定終點(diǎn)時俯視滴定管讀數(shù)說明消耗標(biāo)準(zhǔn)液讀數(shù)偏小，結(jié)果偏低，故b錯誤；
c．未除凈可與EDTA反應(yīng)的干擾離子，消耗標(biāo)準(zhǔn)液多，結(jié)果偏高，故c正確；
 故答案為：$\frac{cmol/L×b×1{0}^{-3}L×250g/mol×5}{ag}$×100%；c．

點(diǎn)評 本題通過制備硫酸鋁晶體，考查了制備實驗方案的設(shè)計，試題涉及硫酸鋁晶體的制備方法、物質(zhì)的分離與提純、中和滴定的簡單計算和誤差的分析，題目難度中等，明確制備原理為解答本題關(guān)鍵，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗、化學(xué)計算能力．