Question

電子產品產生的大量電子垃圾對環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Cu、Al、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：

按要求回答下列問題：
(1)濾渣1中存在的金屬有_____________。
(2)已知沉淀物的pH如下表：

	氫氧化物開始沉淀時的pH	氫氧化物沉淀完全時的pH
Fe2+	7.0	9.0
Fe3+	1.9	3.7
Cu2+	4.9	6.7
Al3+	3.0	4.4

 
①則操作②中X物質最好選用的是___________(填編號)
a．酸性高錳酸鉀溶液    b．漂白粉    c．氯氣       d．雙氧水
②理論上應控制溶液pH的范圍是________________________。
(3)檢驗濾液2中既不存在Fe²⁺又不存在Fe³⁺的操作步驟是____________________。
(4)用一個離子方程式表示在酸浸液中加入適量鋁粉的反應：___________________。
(5)由CuSO₄·5H₂O制備CuSO₄時，應把CuSO₄·5H₂O放在______(填儀器名稱)中加熱脫水。
(6)現在某些電器中使用的高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩定的放電電壓。高鐵電池的總反應為 3Zn + 2K₂FeO₄ + 8H₂O3Zn(OH)₂ + 2Fe(OH)₃ + 4KOH，該電池放電時負極反應式為_______，每有1mol K₂FeO₄被還原，轉移電子的物質的量為____，充電時陽極反應式為___________。

Answer 1

(15分，除標明1分外，其余每空均為2分) (1)Au、Pt(對一個給1分，錯一個倒扣1分)
(2)①d ；②4.4≤pH＜4.9(1分，或大于等于4.4，小于4.9；或［4.4，4.9)；其它合理均正確，但要準確：大于等于4.4，小于4.9。如果不準確該空不得分。)
(3)①取少量濾液于試管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不變紅證明不存在Fe³⁺，③繼續向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不變紅證明不存在Fe²⁺。(三點少一點扣1分，扣完為止。其它答案合理酌情給分。)
(4)Al+ Fe³⁺＝Fe＋Al³⁺(如果有加氫離子的也給分)   (5)坩堝(1分，字錯誤不得分)
(6) Zn—2e^— +2OH^—= Zn(OH)₂；3(1分)；Fe(OH)₃—3e^— + 5OH^—= FeO₄^2－ + 4H₂O

解析試題分析：（1）向混合物中加稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe被硝酸氧化，而Au或Pt不能被硝酸氧化，所以濾渣1的成分是Pt和Au。
（2）①濾液1中的含有的金屬陽離子Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，根據沉淀氫氧化物時的pH值可知，要得到硫酸銅硫酸銅晶體，需要形成氫氧化鐵或氫氧化鋁晶體。由于溶液中含有亞鐵離子，而亞鐵離子沉淀時的pH超過銅離子的，所以第②步加入氧化劑的目的是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，該氧化劑的優點是不引入雜質，產物對環境物污染，所以最好的是雙氧水，答案選d。
②調溶液PH的目的是使Fe3+和Al³⁺形成沉淀，而銅離子不能形成沉淀，所以理論上應控制溶液pH的范圍是4.4≤pH＜4.9。
（3）亞鐵離子具有還原性，而鐵離子能和KSCN溶液發生顯色反應，所以檢驗濾液2中既不存在Fe²⁺又不存在Fe³⁺的操作步驟是①取少量濾液于試管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不變紅證明不存在Fe³⁺，③繼續向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不變紅證明不存在Fe²⁺。(三點少一點扣1分，扣完為止。其它答案合理酌情給分。)
（4）濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁，加入稀硫酸生成硫酸鐵和硫酸鋁，所以要得到硫酸鋁晶體，需要除去鐵離子，因此加入單質鋁的目的是置換出溶液中的鐵，反應的離子方程式是Al+ Fe³⁺＝Fe＋Al³⁺。
（5）固體加熱脫水應該在坩堝值完成，所以第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。
（6）原電池中負極失去電子，發生氧化反應。所以根據總的方程式可知，鋅是還原劑，作負極，電極反應式是Zn—2e^— +2OH^—= Zn(OH)₂；鐵元素的化合價從＋6價降低到＋3價，得到3個電子，所以每有1mol K₂FeO₄被還原，轉移電子的物質的量為3mol；充電相當于電解，電解池中陽極失去電子，發生氧化反應，所以根據反應的總方程式可知，充電時陽極電極反應式是Fe(OH)₃—3e^— + 5OH^—= FeO₄^2－ + 4H₂O。
考點：考查硫酸鋁和硫酸銅晶體制備的工藝流程圖的有關判斷、反應條件的控制、儀器的選擇、離子的檢驗以及電極反應式的有關判斷和氧化還原反應的計算等