Question

【题目】某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70％Cu、25％Al、4％Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：

请回答下列问题：

（1）第①步Cu与酸反应的离子方程式为_______________________________________；得到滤渣1的主要成分为_________________________________________________。

（2）第②步加H2O2的作用是______________________，使用H2O2的优点是_____________。

（3）用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是________________________。

（4）由滤渣2制取Al2(SO4)3·18H2O，探究小组设计了三种方案：

上述三种方案中，_________________方案不可行，原因是____________________，从原子利用率角度考虑，___________方案更合理。

Answer 1

【答案】Cu＋4H＋＋2NO3－Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O或3Cu＋8H＋＋2NO3－3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O Pt和Au 把Fe2+氧化为Fe3+ 该氧化剂的优点是不引入杂质，产物对环境物污染 坩埚中加热脱水 甲 甲方案在滤渣中只加硫酸会生成硫酸铁和硫酸铝，冷却、结晶、过滤得到的硫酸铝晶体中混有大量硫酸铁杂质 乙

【解析】

(1)稀硫酸、浓硝酸混合酸具有强氧化性，Cu、Al、Fe发生反应生成Cu2+、Al3+、Fe2+，Pt和Au不反应；

(2)过氧化氢具有氧化性且被还原为水；可以氧化亚铁离子为铁离子易于沉淀除去；

(3)加热固体应该在坩埚中进行；

(4)依据实验方案过程分析制备晶体中是否含有杂质，使用的试剂作用，原料的利用率，原子利用率因素分析判断。

(1)稀硫酸、浓硝酸混合酸具有强氧化性，Cu、Al、Fe发生反应生成Cu2+、Al3+、Fe2+；所以滤渣1的成分是Pt和Au，滤液1中的离子是Cu2+、Al3+、Fe2+；第①步Cu与酸反应的离子方程式为Cu+4H++2NO3- Cu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H++2NO3- 3Cu2++2NO↑+4H2O，Au、Pt和酸不反应，所以滤渣是Au、Pt，故答案为：Cu+4H++2NO3- Cu2++2NO2↑+2H2O或3Cu+8H++2NO3- 3Cu2++2NO↑+4H2O；Au、Pt；

(2)第②步加H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，过氧化氢做氧化剂被还原后为水，不引入杂质，对环境无污染，故答案为：将Fe2+氧化为Fe3+；不引入杂质，对环境无污染；

(3)第③步由五水硫酸铜制备硫酸铜的方法应是在坩埚中加热脱水，故答案为：在坩埚中加热脱水；

(4)甲方案在滤渣中只加硫酸会生成硫酸铁和硫酸铝，冷却、结晶、过滤得到的硫酸铝晶体中混有大量硫酸铁杂质；乙方案先在滤渣中加H2SO4，生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3，再加Al粉和Fe2(SO4)3生成Al2(SO4)3，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体；丙方案先在滤渣中加NaOH，氢氧化钠和铝反应生成NaAlO2，再在滤液中加H2SO4生成Al2(SO4)3，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体；但从原子利用角度考虑方案乙最合理，因为丙加的NaOH和制备的Al2(SO4)3的原子组成没有关系，造成原料浪费，故答案为：甲；在滤渣中只加硫酸会生成硫酸铁和硫酸铝，冷却、结晶、过滤得到的硫酸铝晶体中混有大量硫酸铁杂质；乙。