Question

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晶體的路線：

回答下列問題：
（1）第①步Cu與酸反應的離子方程式為

 

；得到濾渣1的主要成分為

 

．
（2）第②步加入H₂O₂的作用是

 

，使用H₂O₂的優(yōu)點是

 

；調(diào)節(jié)pH的目的是使

 

生成沉淀．
（3）用第③步所得CuSO₄?5H₂O制備無水CuSO₄的方法是

 

．
（4）由濾渣2制取Al₂（SO₄）₃?18H₂O，探究小組設計了三種方案：

上述三種方案中，

 

方案不可行；三種方案中均采用了蒸發(fā)，進行該操作時注意

 

時停止加熱．
（5）探究小組用滴定法測定CuSO₄?5H₂O（M_r=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 EDTA（H₂Y^2-）標準溶液滴定至終點，平均消耗EDTA溶液b mL．滴定反應如下：Cu²⁺+H₂Y^2-═CuY^2-+2H⁺．（EDTA：乙二胺四乙酸白色結(jié)晶粉末狀固體，呈酸性．）
配制EDTA（H₂Y^2-）標準溶液時，下列儀器不必要用到的有

 

（用編號表示）．
①電子天平  ②燒杯   ③量筒   ④玻璃棒   ⑤容量瓶   ⑥膠頭滴管   ⑦移液管
寫出計算CuSO₄?5H₂O質(zhì)量分數(shù)的表達式ω=

 

；下列操作會導致CuSO₄?5H₂O含量測定結(jié)果偏高的是

 

．
a．未干燥錐形瓶
b．滴定終點時滴定管尖嘴中產(chǎn)生氣泡
c．未除靜可與EDTA反應的干擾離子．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）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⁺；所以濾渣1的成分是Pt和Au，濾液1中的離子是Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；
（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）第③步由五水硫酸銅制備硫酸銅的方法應是在坩堝中加熱脫水；
（4）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；加熱蒸發(fā)時不能直接蒸干，否則容易導致固體飛濺；
（5）根據(jù)配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液步驟判斷使用儀器；依據(jù)滴定實驗和反應離子方程式計算得到；滴定實驗誤差分析依據(jù)標準溶液消耗的多少進行分析判斷．

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與酸反應的離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-

△   .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-

△   .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；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使Fe³⁺、Al³⁺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⁺；不引入雜質(zhì)，對環(huán)境無污染；Fe³⁺、Al³⁺；
（3）第③步由五水硫酸銅制備硫酸銅的方法應是在坩堝中加熱脫水；
故答案為：在坩堝中加熱脫水；
（4）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(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；乙和丙方法均可行；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(jié)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(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體；
蒸發(fā)過程中，當蒸發(fā)濃縮至溶液表面出晶膜時停止加熱，避免造成固體飛濺現(xiàn)象，
故答案為：甲；蒸發(fā)濃縮至溶液表面出晶膜；
（5）配制c mol/L EDTA（H₂Y^2-）標準溶液過程中使用的儀器有：電子天平、容量瓶、玻璃棒、膠頭滴管、燒杯，不需要的儀器為：③量筒、⑦移液管；
滴定反應為：Cu²⁺+H₂Y^2-=CuY^2-+2H⁺，銅離子物質(zhì)的量和標準液物質(zhì)的量相同：cmol/L×b×10^-3L=bc×10^-3mol；依據(jù)元素守恒可得：
20ml溶液中含有的CuSO₄?5H₂O物質(zhì)的量為：bc×10^-3mol，
則100ml溶液中含硫酸銅晶體的物質(zhì)的量為：bc×10^-3mol×

100mL

20mL

=5bc×10^-3mol，
所以CuSO₄?5H₂O質(zhì)量分數(shù)的表達式為：

cmol/L×b×10-3L×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．滴定終點時滴定管尖嘴中產(chǎn)生氣泡說明消耗標準液讀數(shù)偏小，結(jié)果偏低，故b錯誤；
c．未除凈可與EDTA反應的干擾離子，消耗標準液多，結(jié)果偏高，故c正確；
故答案為：③⑦；

cmol/L×b×10-3L×250g/mol×5

ag

×100%；c．

點評：本題通過制備硫酸銅晶體，考查了制備實驗方案的設計，試題涉及硫酸銅晶體的制備方法、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鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．