Question

15．信息時代給人們的生活帶來了極大的便利，但同時也產(chǎn)生了大量的電子垃圾．某化學興趣小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到了主要含Cu、Al及少量Fe、Au等金屬的混合物，并設(shè)計了如下制備硫酸銅晶體和硫酸鋁晶體的路線：

部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH3）	Cu（OH）2
開始沉淀	1.1	4.0	5.4
完全沉淀	3.2	5.2	6.7

（1）過濾操作中用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒．
（2）Cu可溶于稀硫酸與H₂O₂的混合溶液，其離子方程式是Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O．
（3）濾渣a的主要成分是Au．
（4）步驟③中X的取值范圍是5.2≤X＜5.4．
（5）為了測定硫酸銅晶體的純度，該組甲同學準確稱取4.0g樣品溶于水配成100mL溶液，取10mL溶液于帶塞錐形瓶中，加適量水稀釋，調(diào)節(jié)溶液pH=3～4，加入過量的KI和淀粉指示劑，用0.1000mol•L^-1Na₂S₂O₃標準溶液滴定至終點．共消耗14.00mL
Na₂S₂O₃標準溶液．上述過程中反應的離子方程式如下：
2Cu²⁺+4I^-═2CuI（白色）↓+I₂      2${S_2}O_3^{2-}$+I₂═2I^-+${S_4}O_6^{2-}$
①樣品中硫酸銅晶體的質(zhì)量分數(shù)為87.5%．
②該組乙同學提出通過直接測定樣品中$SO_4^{2-}$的量也可求得硫酸銅晶體的純度，老師審核后予以否決，其原因是樣品中含有Na₂SO₄等雜質(zhì)．
（6）請你設(shè)計一個由濾渣c得到Al₂（SO₄）₃•18H₂O的實驗方案將濾渣c加入稀硫酸溶解，然后蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶、過濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體．

Answer 1

分析 由流程可知，金屬混合物加入稀硫酸鋁、鐵溶解，加入過氧化氫，亞鐵離子被氧化為鐵離子，銅在酸性溶液中被過氧化氫氧化為銅離子，過濾得到濾渣a為Au，濾液中主要含有鐵離子鋁離子和銅離子，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=3.4，依據(jù)題干信息，是為了沉淀鐵離子，過濾得到濾渣b為Fe（OH）₃，濾液為鋁離子和銅離子，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=5.2-5.4使鋁離子全部沉淀過濾得到濾渣C為Al（OH）₃，用硫酸溶解后蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶、過濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體；得到濾液為硫酸銅溶液，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到硫酸銅晶體，
（1）過濾操作用到的儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）銅被雙氧水氧化成銅離子，據(jù)此寫出反應的離子方程式；
（3）Cu、Al及少量Fe、Au等金屬的混合物，其中銅、鋁、鐵都發(fā)生反應而溶解，Au化學性質(zhì)穩(wěn)定，成為濾渣a的主要成分；
（4）濾渣c是氫氧化鋁，根據(jù)部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH表，選擇使氫氧化鋁沉淀完全且氫氧化銅不沉淀的PH；
（5）①依據(jù)滴定實驗發(fā)生的反應的定量關(guān)系進行計算樣品中所含銅離子物質(zhì)的量，結(jié)合元素守恒計算硫酸銅 晶體質(zhì)量分數(shù)；
②樣品中含有硫酸鈉，測定硫酸根離子含量不能計算得到硫酸銅晶體的含量；
（6）濾渣C主要是氫氧鋁，加入硫酸溶解后通過這蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體Al₂（SO₄）₃•18H₂O．

解答 解：由流程可知，金屬混合物加入稀硫酸鋁、鐵溶解，加入過氧化氫，亞鐵離子被氧化為鐵離子，銅在酸性溶液中被過氧化氫氧化為銅離子，過濾得到濾渣a為Au，濾液中主要含有鐵離子鋁離子和銅離子，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=3.4，依據(jù)題干信息，是為了沉淀鐵離子，過濾得到濾渣b為Fe（OH）₃，濾液為鋁離子和銅離子，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=5.2-5.4使鋁離子全部沉淀過濾得到濾渣C為Al（OH）₃，用硫酸溶解后蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶、過濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體；得到濾液為硫酸銅溶液，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到硫酸銅晶體；
（1）過濾是化學實驗中經(jīng)常用到的實驗操作．過濾操作中用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗，故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）Cu可溶于稀硫酸與H₂O₂的混合溶液，銅被氧化成銅離子，雙氧水生成水，根據(jù)化合價升降相等配平，反應的離子方程式是Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，
故答案為：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；
（3）由于Cu、Al、Fe都因反應溶解于溶液中，剩下Au不反應，過濾到了濾渣a中，故答案為：Au；
（4）加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH=x，目的是生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁開始沉淀pH=4，沉淀完全pH=5.2，氫氧化銅開始沉淀pH=5.4，所以選擇的pH范圍是：5.2≤X＜5.4，
故答案為：5.2≤X＜5.4；
（5）由2Cu²⁺+4I-═2CuI（白色）↓+I₂、2S₂O₃^2-+I₂═2I-+S₄O₆^2-可知，
 反應的定量關(guān)系為：2Cu²⁺～I₂ ～2S₂O₃^2-
          1.4×10^-3mol    0.100 0mol•L^-1×0.014.00L=1.4×10^-3mol
100ml溶液中含硫酸銅晶體物質(zhì)的量為1.4×10^-2mol，所以硫酸銅晶體的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{1.4×1{0}^{-2}mol×250g/mol}{4.0g}$×100%=87.5%，
故答案為：87.5%；
②依據(jù)流程分析判斷，樣品中含有硫酸鈉，不能通過測定硫酸根離子的方法計算得到硫酸銅晶體的質(zhì)量分數(shù)，故答案為：樣品中含有Na₂SO₄等雜質(zhì)；
（6）分析流程可知，濾渣C主要是氫氧鋁，加入硫酸溶解后通過這蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體Al₂（SO₄）₃•18H₂O，
故答案為：將濾渣c加入稀硫酸溶解，然后蒸發(fā)、濃縮、冷卻、結(jié)晶、過濾得到Al₂（SO₄）₂•18H₂O晶體．

點評 本題考查混合物的分離和提純方法的綜合應用、制備方案的設(shè)計，題目難度中等，明確實驗目的和實驗原理為解答關(guān)鍵，注意掌握鋁離子、鐵離子、銅離子的分離方法和性質(zhì)判斷，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力．