Question

【題目】信息時代產(chǎn)生的大量電子垃圾對環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅。某“變廢為寶”學(xué)習(xí)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(shè)計出如下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(yīng)的離子方程式為_________；

得到濾渣I的主要成分為____________________；

(2)第②步加H2O2的作用是__________________；

(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(shè)計了三種方案：

上述三種方案中，___方案不可行，原因是_____；從原子利用率角度考慮，___方案更合理。

Answer 1

【答案】Cu+4H++2NO3-Cu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H＋+2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O Au、Pt 將Fe2＋氧化為Fe3＋，不引入雜質(zhì)，對環(huán)境無污染 加熱脫水 甲 所得產(chǎn)品中含有較多Fe2(SO4)3雜質(zhì) 乙

【解析】

本題是以含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物為原料，制備硫酸銅和硫酸鋁晶體，涉及了用離子方程式表示反應(yīng)原理，利用綠色氧化劑過氧化氫氧化二價亞鐵離子得到三價鐵離子，然后通過調(diào)整溶液的pH使Fe3+、Al3+沉淀，再先用堿溶液溶解沉淀，過濾后再用酸溶解沉淀，得到的溶液再分別結(jié)晶，根據(jù)物質(zhì)中雜質(zhì)含量判斷方案的可行性，根據(jù)原子利用率高低判斷方案的優(yōu)劣。

(1)稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應(yīng)生成Cu2+、Al3+、Fe2+，其中不活潑的金屬Au、Pt不能溶解，進(jìn)入濾渣；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與硝酸反應(yīng)的離子方程式為：Cu+4H++2NO3-Cu2++2NO2↑+2H2O 或3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O；

(2)第②步加H2O2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+；H2O2作氧化劑，還原產(chǎn)物是H2O，不引入雜質(zhì)，對環(huán)境無污染；

(3)由于CuSO4是難揮發(fā)性的強(qiáng)酸生成的鹽，在加熱過程中發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生的Cu(OH)2與硫酸會再反應(yīng)產(chǎn)生CuSO4，所以第③步由CuSO4·5H2O制備CuSO4的方法應(yīng)是直接在坩堝中加熱脫水；

(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了硫酸，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)，方法甲不可行；

乙方案先在濾渣中加H2SO4，生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3，再加適量Al粉，Al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，乙方案可行；

丙方案先在濾渣中加NaOH，NaOH和Al(OH)3反應(yīng)生成可溶性的NaAlO2，然后在濾液中加H2SO4，NaAlO2與硫酸反應(yīng)生成Al2(SO4)3，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體，方案丙可行；

可見在上述三種方案中，方案甲不可行，方案乙、丙可行，甲方案不可行原因是所得產(chǎn)品中含有較多Fe2(SO4)3雜質(zhì)；

從原子利用率角度考慮，方案乙反應(yīng)步驟少，產(chǎn)生的副產(chǎn)物少，原子利用率相對高些，所以方案乙更合理。