Question

[化学—选修2：化学与技术]

信息时代给人们的生活带来了极大的便利，但同时也产生了大量的电子垃圾。某化学兴趣小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到了主要含Cu、Al及少量Fe、Au等金属的混合物，并设计了如下制备硫酸铜晶体和硫酸铝晶体的路线：

部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

（1）过滤操作中用到的玻璃仪器有___________。

（2）Cu可溶于稀硫酸与H₂O₂的混合溶液，其离子方程式是____________。

（3）滤渣a的主要成分是_________________。

（4）步骤③中X的取值范围是____________________。

（5）为了测定硫酸铜晶体的纯度，该组甲同学准确称取4.0g样品溶于水配成100mL溶液，取10mL溶液于带塞锥形瓶中，加适量水稀释，调节溶液pH＝3～4，加入过量的KI和淀粉指示剂，用0.1000 mol·L^－1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点。共消耗14.00mLNa₂S₂O₃标准溶液。上述过程中反应的离子方程式如下：

2Cu²⁺＋4I^－＝2CuI（白色）↓＋I₂     2S₂O₃^2－＋I₂＝2I^－＋S₄O₆^2－

①样品中硫酸铜晶体的质量分数为____________。

②该组乙同学提出通过直接测定样品中SO₄^2－的量也可求得硫酸铜晶体的纯度，老师审核后予以否决，其原因是______________。

（6）请你设计一个由滤渣c得到Al₂（SO₄）₃·18H₂O的实验方案___________。

Answer

（1）漏斗、烧杯、玻璃棒；

（2）Cu+H2O2+2H+=Cu2++2H2O；（3）Au；

（4）5.2≤X<5.4；（5）①87.5%；②样品中的杂质Na2SO4中也含有SO42-；

（6）将滤渣c加入稀硫酸溶解，然后蒸发、浓缩、冷却、结晶、过滤得到晶体

【解析】

试题分析：由流程可知，金属混合物加入稀硫酸铝、铁溶解，加入过氧化氢，亚铁离子被氧化为铁离子，铜在酸性溶液中被过氧化氢氧化为铜离子，过滤得到滤渣a为Au，滤液中主要含有铁离子、铝离子和铜离子，加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=3.4，依据题干信息，是为了沉淀铁离子，过滤得到滤渣b为Fe（OH）3，滤液为铝离子和铜离子，加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=5.2～5.4使铝离子全部沉淀过滤得到滤渣C为Al（OH）3，用硫酸溶解后蒸发、浓缩、冷却、结晶、过滤得到Al2（SO4）2•18H2O晶体；得到滤液为硫酸铜溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到硫酸铜晶体；

（1）过滤是化学实验中经常用到的实验操作．过滤操作中用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗；

（2）Cu可溶于稀硫酸与H2O2的混合溶液，铜被氧化成铜离子，双氧水生成水，根据化合价升降相等配平，反应的离子方程式是Cu+H2O2+2H+=Cu2++2H2O；

（3）由于Cu、Al、Fe都因反应溶解于溶液中，剩下Au不反应，过滤到了滤渣a中；

（4）加入氢氧化钠溶液调节pH=x，目的是生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝开始沉淀pH=4，沉淀完全pH=5.2，氢氧化铜开始沉淀pH=5.4，所以选择的pH范围是：5.2≤X＜5.4；

（5）由2Cu2+＋4I－＝2CuI（白色）↓＋I2、2S2O32－＋I2＝2I－＋S4O62－可知， 反应的定量关系为：

2Cu2+～I2 ～2S2O32-

1.4×10-3mol 0.100 0mol•L-1×0.014.00L=1.4×10-3mol

100ml溶液中含硫酸铜晶体物质的量为1.4×10-2mol，所以硫酸铜晶体的质量分数 ＝ × 100% ＝ 87.5%；

②依据流程分析判断，样品中含有硫酸钠，不能通过测定硫酸根离子的方法计算得到硫酸铜晶体的质量分数；

（6）分析流程可知，滤渣C主要是氢氧铝，加入硫酸溶解后通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体Al2（SO4）3•18H2O。

【考点定位】本题考查混合物的分离和提纯方法的综合应用、制备方案的设计

【名师点晴】该题难度中等，明确实验目的和实验原理为解答关键，注意掌握铝离子、铁离子、铜离子的分离方法和性质判断，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力。解决本类题目的基本方法和步骤为：（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。（2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。