Question

【題目】信息時代產生的大量電子垃圾對環境構成了極大的威脅。某“變廢為寶”學習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_________；

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，對環境無污染 加熱脫水 甲 所得產品中含有較多Fe2(SO4)3雜質 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晶，根據物質中雜質含量判斷方案的可行性，根據原子利用率高低判斷方案的優劣。

(1)稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發生反應生成Cu2+、Al3+、Fe2+，其中不活潑的金屬Au、Pt不能溶解，進入濾渣；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，還原產物是H2O，不引入雜質，對環境無污染；

(3)由于CuSO4是難揮發性的強酸生成的鹽，在加熱過程中發生水解反應產生的Cu(OH)2與硫酸會再反應產生CuSO4，所以第③步由CuSO4·5H2O制備CuSO4的方法應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、結晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質，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、冷卻、結晶、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反應生成可溶性的NaAlO2，然后在濾液中加H2SO4，NaAlO2與硫酸反應生成Al2(SO4)3，蒸發、冷卻、結晶、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品中含有較多Fe2(SO4)3雜質；

從原子利用率角度考慮，方案乙反應步驟少，產生的副產物少，原子利用率相對高些，所以方案乙更合理。