Question

2．利用处理废弃的线路板得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt的金属混合物制备硫酸铜和硫酸铝晶体，流程如图1：

（1）步骤①～③中过滤操作所需要的玻璃仪器除烧杯、漏斗外还有玻璃棒．
（2）步骤①中Cu发生的离子方程式为Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，此时该溶液中所有的金属阳离子是Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺；步骤②中得到滤渣2的主要成分是Fe（OH）₃（填化学式）．
（3）滤渣3加适量稀硫酸溶解，将得到溶液进行：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤、洗涤，即得到硫酸铜晶体；由滤液3制备Al₂（SO₄）₃•18H₂O时，按化学反应顺序用到的试剂依次为④②．（填序号）
①NaOH溶液    ②稀硫酸    ③氨水    ④二氧化碳
（4）在步骤（3）中，发生反应的第一个离子方程式是Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
（5）为测定制得硫酸铜晶体（CuSO₄•xH₂O）中结晶水含量，取12.5g硫酸铜晶体进行加热分解，得到固体质量与温度的关系如图2．
已知加热过程中，硫酸铜晶体分步失去结晶水．根据图中数据，计算CuSO₄•xH₂O中x的值为5；258℃到650℃时反应的化学方程式为2CuSO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑．

Answer 1

分析 Cu、Fe、Al、Au、Pt的金属混合物中加入硫酸和H₂O₂的混合物溶解，可以得到滤液1为铁盐、铝盐、铜盐溶液，滤渣1为Au、Pt，滤液1调节pH使铁离子沉淀，过滤分离出滤渣2为氢氧化铁，再向滤液2中加入过量的NaOH溶液，过滤得滤液3为偏铝酸钠溶液，再通入过量的二氧化碳气体，生成氢氧化铝沉淀，过滤向沉淀中加稀硫酸，结晶得Al₂（SO₄）₃•18H₂O；滤渣3为Cu（OH）₂，加硫酸溶解后，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤、洗涤，即得到硫酸铜晶体；
根据加热过程中，硫酸铜晶体分步失去结晶水，所以前三段为失去结晶水的过程，最后一段，硫酸铜粉末就会发生分解，生成黑色金属氧化物氧化铜、二氧化硫及氧气，据此分析解答．

解答 解：（1）过滤操作所用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗，故答案为：玻璃棒；
（2）在金属混合物与硫酸和H₂O₂的反应中，铜与硫酸和H₂O₂在加热条件下反应生成硫酸铜和水，离子方程式为Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O，铁也被氧化生成Fe³⁺，铝生成Al³⁺，所以此时该溶液中所有的金属阳离子是Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺；根据以上分析步骤②中得到滤渣2的主要成分是Fe（OH）₃，故答案为：Cu+H₂O₂+2H⁺═Cu²⁺+2H₂O；Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺；Fe（OH）₃；
（3）根据以上分析，滤渣3为Cu（OH）₂，加硫酸溶解后，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤、洗涤，即得到硫酸铜晶体；滤液3为偏铝酸钠溶液，再通入过量的二氧化碳气体，生成氢氧化铝沉淀，过滤向沉淀中加稀硫酸，结晶得Al₂（SO₄）₃•18H₂O，故答案为：冷却结晶；④②；
（4）在步骤（3）中，加入过量的NaOH溶液，发生反应的第一个离子方程式为Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O，故答案为：Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
（5）加热过程中，硫酸铜晶体分步失去结晶水，所以前三段为失去结晶水的过程，最后一段，硫酸铜粉末就会发生分解，生成黑色金属氧化物氧化铜、二氧化硫及氧气；
则由图示数据可知，结晶水的质量为：12.50g-8.0g=4.5g
CuSO₄•xH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+xH₂O↑．
160+18x                          18x
12.50g                           4.5g
160+18x=50x
解得x=5；
258℃到650℃时，最后一段，硫酸铜粉末就会发生分解，生成黑色金属氧化物氧化铜、二氧化硫及氧气，反应方程式为：2CuSO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑，故答案为：5；2CuSO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+2SO₂↑+O₂↑．

点评 本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握制备实验流程及物质组成、性质、发生的反应为解答的关键，侧重分析与实验、计算能力的考查，题目难度中等．