Question

信息時代產(chǎn)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，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設計出利用此金屬混合物制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：

請回答下列問題：
（1）第①步Cu與酸反應的離子方程式為

Cu+4H⁺+2NO₃^-

△   .

Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-

△   .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O

，得到濾渣1的主要成分為

Au、Pt

．
（2）第②步加H₂O₂的作用是

將Fe²⁺氧化為Fe³⁺

，調(diào)節(jié)溶液pH的目的是使

Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀

．
（3）用第③步所得CuSO₄?5H₂O制備無水CuSO₄的方法是

加熱脫水

．
（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，

乙

方案可行．

Answer 1

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．

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：Cu+4H⁺+2NO₃^-

△   .

Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或3Cu+8H⁺+2NO₃^-

△   .

3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，Au、Pt和酸不反應，所以是濾渣；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-

△   .

Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O 或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⁺，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺生成沉淀；
（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：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、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體；但從原子利用角度考慮方案乙更合理，因為丙加的NaOH和制備的Al₂（SO₄）₃的原子組成沒有關系，造成原子浪費，
所以從原子利用率和是否產(chǎn)生雜質(zhì)考慮知，乙更合理，
故答案為：乙．

點評：本題考查物質(zhì)的分離、實驗設計、試劑選擇等知識點，明確離子的性質(zhì)是解本題關鍵，題目難度中等．