Question

（2013?無錫一模）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．某化學興趣小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到主要含Cu、Al及少量Fe、Au、Pt等金屬的混合物，設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）2	Fe（OH）3	Al（OH）3	Cu（OH）2
開始沉淀	5.8	1.1	4.0	5.4
完全沉淀	8.8	3.2	5.2	6.7

請回答下列問題：
（1）第①步操作前需將金屬混合物進行粉碎，其目的是

增大金屬和酸的接觸面積，加快反應速率

．
（2）某學生認為用H₂O₂代替濃HNO₃更好，理由是

不產生對環(huán)境有污染的氣體

；
請寫出Cu溶于H₂O₂與稀硫酸混合溶液的離子方程式：

Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O

．
（3）第②步中應將溶液pH調至

5.2～5.4

．
（4）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃?18H₂O，探究小組設計了兩種方案：

你認為

甲

種方案為最佳方案，理由是

甲得到產品純度高

、

原子利用率高

．
（5）為了測定硫酸銅晶體的純度，某同學準確稱取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，調節(jié)溶液pH=3～4，加入過量的KI，用0.100 0mol?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）↓+I₂S₂O

2- 3

+I₂═2I-+S₄O

2- 6

①樣品中硫酸銅晶體的質量分數為

87.5%

．
②另一位同學提出通過測定樣品中硫酸根離子的量也可求得硫酸銅晶體的純度，其他同學認為此方案不可行，理由是

樣品中含有Na₂SO₄等雜質

．

Answer 1

分析：（1）將金屬混合物進行粉碎增大固體接觸面積增大反應速率；
（2）過氧化氫做氧化劑被還原為水，產物無污染，硝酸做氧化劑會被還原生成氮氧化物污染空氣；銅在酸溶液中被過氧化氫氧化為銅離子，本身被還原為水，依據原子守恒、電荷守恒配平寫出離子方程式；
（3）依據流程分析加入氧化劑氧化亞鐵離子為鐵離子后，加入氫氧化鈉調節(jié)溶液PH使鐵離子和鋁離子全部沉淀，銅離子不沉淀；
（4）濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁，依據實驗方案過程分析制備晶體中是否含有雜質，使用的試劑作用，原料的利用率，原子利用率因素分析判斷；
（5）①依據滴定實驗發(fā)生的反應的定量關系進行計算樣品中所含銅離子物質的量，結合元素守恒計算硫酸銅 晶體質量分數；
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；

解答：解：（1）第①步操作前需將金屬混合物進行粉碎，其目的是增大固體與酸的接觸面積增大反應速率；
故答案為：增大金屬和酸的接觸面積，加快反應速率；
（2）過氧化氫做氧化劑被還原為水，產物無污染，硝酸做氧化劑會被還原生成氮氧化物污染空氣；銅在酸溶液中被過氧化氫氧化為銅離子，本身被還原為水，反應的離子方程式為：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；
故答案為：不產生對環(huán)境有污染的氣體；　Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；
（3）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，依據圖表數據分析可知，溶液PH調節(jié)為5.2～5.4，使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀，銅離子不沉淀，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；故答案為：5.2～5.4；
（4）制備硫酸鋁晶體的甲、乙兩種方法中，甲方案先在濾渣中加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；乙方案先在濾渣中加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甲最合理，因為乙加的NaOH和制備的Al₂（SO₄）₃的原子組成沒有關系，造成原子浪費，
所以上述兩種方案中：從原子利用率和是否產生雜質考慮知，甲方案更合理，
故答案為：甲；　甲得到產品純度高、原子利用率高；
（5）①2Cu²⁺+4I-═2CuI（白色）↓+I₂       2S₂O

2- 3

+I₂═2I-+S₄O

2- 6

 反應的定量關系為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的量為1.4×10^-2mol，所以硫酸銅晶體的質量分數=

1.4×10-2mol×250g/mol

4.0g

×100%=87.5%；
故答案為：87.5%；
②依據流程分析判斷，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量分數；
故答案為：樣品中含有Na₂SO₄等雜質；

點評：本題考查了銅鐵鋁及其化合物的分離方法和流程分析判斷，試劑選擇的方法應用，離子分離的過程分析和計算，題目難度中等．