Question

電子產(chǎn)品產(chǎn)生的大量電子垃圾對(duì)環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅。某化學(xué)興趣小組將一批廢棄的線路板簡(jiǎn)單處理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設(shè)計(jì)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(wèn)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(kāi)始沉淀時(shí)的pH	氫氧化物沉淀完全時(shí)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(zhì)最好選用的是___________(填編號(hào))
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(yīng)控制溶液pH的范圍是________________________。
(3)檢驗(yàn)濾液2中既不存在Fe²⁺又不存在Fe³⁺的操作步驟是____________________。
(4)用一個(gè)離子方程式表示在酸浸液中加入適量鋁粉的反應(yīng)：___________________。
(5)由CuSO₄·5H₂O制備CuSO₄時(shí)，應(yīng)把CuSO₄·5H₂O放在______(填儀器名稱)中加熱脫水。
(6)現(xiàn)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(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為 3Zn + 2K₂FeO₄ + 8H₂O3Zn(OH)₂ + 2Fe(OH)₃ + 4KOH，該電池放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)______，每有1mol K₂FeO₄被還原，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為_(kāi)___，充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)式為_(kāi)__________。

Answer 1

(15分，除標(biāo)明1分外，其余每空均為2分) (1)Au、Pt(對(duì)一個(gè)給1分，錯(cuò)一個(gè)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(zhǔn)確：大于等于4.4，小于4.9。如果不準(zhǔn)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(xù)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(diǎn)少一點(diǎn)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(cuò)誤不得分)
(6) Zn—2e^— +2OH^—= Zn(OH)₂；3(1分)；Fe(OH)₃—3e^— + 5OH^—= FeO₄^2－ + 4H₂O

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(yáng)離子Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，根據(jù)沉淀氫氧化物時(shí)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(shí)的pH超過(guò)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(yōu)點(diǎn)是不引入雜質(zhì)，產(chǎn)物對(duì)環(huán)境物污染，所以最好的是雙氧水，答案選d。
②調(diào)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(yīng)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(fā)生顯色反應(yīng)，所以檢驗(yàn)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(xù)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(diǎn)少一點(diǎn)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(zhì)鋁的目的是置換出溶液中的鐵，反應(yīng)的離子方程式是Al+ Fe³⁺＝Fe＋Al³⁺。
（5）固體加熱脫水應(yīng)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(yīng)是在坩堝中加熱脫水。
（6）原電池中負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。所以根據(jù)總的方程式可知，鋅是還原劑，作負(fù)極，電極反應(yīng)式是Zn—2e^— +2OH^—= Zn(OH)₂；鐵元素的化合價(jià)從＋6價(jià)降低到＋3價(jià)，得到3個(gè)電子，所以每有1mol K₂FeO₄被還原，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為3mol；充電相當(dāng)于電解，電解池中陽(yáng)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以根據(jù)反應(yīng)的總方程式可知，充電時(shí)陽(yáng)極電極反應(yīng)式是Fe(OH)₃—3e^— + 5OH^—= FeO₄^2－ + 4H₂O。