Question

10．某研究小組將一批廢棄的線路板經(jīng)濃硝酸和稀硫酸處理后得到一混合溶液，其中含有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等金屬離子，并設(shè)計(jì)了以下兩種流程以分別制取CuSO₄•5H₂O晶體和AlCl₃溶液：

已知：相關(guān)金屬離子開(kāi)始沉淀至完全沉淀時(shí)的pH范圍為：

離子	Fe3+	Fe2+	Al3+	Cu2+
pH范圍	2.2～3.2	5.5～9.0	4.1～5.0	5.3～6.6

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）加入H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，欲使制取的CuSO₄•5H₂O晶體較為純凈，pH至少應(yīng)調(diào)至5.0；
（2）寫(xiě)出H₂O₂與Fe²⁺離子方程式H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）流程②中加入適量Al粉起的作用是與酸浸液中Fe³⁺和H⁺反應(yīng)生成Al³⁺；
（4）根據(jù)你所學(xué)的化學(xué)知識(shí)，由AlCl₃溶液（不添加其他化學(xué)試劑）能否制得無(wú)水AlCl₃不能（填：能或不能），原因是直接加熱AlCl₃溶液，會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，最終得到氧化鋁；
（5）取體積為V（L）的酸浸液，向其中滴加a mol•L^-1的NaOH溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量與所加的NaOH溶液的體積（L）關(guān)系如圖2．請(qǐng)用V1、V2、V3表示所取的酸浸液中n（Fe³⁺）：n（Al³⁺）$\frac{4{V}_{2}-{V}_{1}-3{V}_{3}}{3（{V}_{3}-{V}_{2}）}$．

Answer 1

分析 加H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，生成氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，過(guò)濾得濾渣中含氫氧化鐵和氫氧化鋁，加過(guò)量鹽酸生成氯化鋁、氯化鐵，酸浸液加入適量鋁把鐵置換出來(lái)，過(guò)濾得到氯化鋁；對(duì)于濾液I，含硫酸銅，通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌得到硫酸銅晶體，
（1）加H₂O₂的作用是把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；濾渣c(diǎn)是氫氧化鋁，根據(jù)部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH表，選擇使氫氧化鋁沉淀完全且氫氧化銅不沉淀的pH；
（2）雙氧水具有氧化性，能夠?qū)�亞鐵離子氧化成鐵離子；
（3）加入金屬鋁可以將溶液中鐵離子、氫離子除去；
（4）氯化鋁屬于強(qiáng)酸弱堿鹽，會(huì)發(fā)生水解生成氫氧化鋁和氯化氫，氯化氫具有揮發(fā)性，最終生成氧化鋁；
（5）根據(jù)圖象曲線變化及發(fā)生反應(yīng)原理進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：加H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，生成氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，過(guò)濾得濾渣中含氫氧化鐵和氫氧化鋁，加過(guò)量鹽酸生成氯化鋁、氯化鐵，酸浸液加入適量鋁把鐵置換出來(lái)，過(guò)濾得到氯化鋁；對(duì)于濾液I，含硫酸銅，通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌得到硫酸銅晶體，
（1）第②步加H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，過(guò)氧化氫做氧化劑不引入雜質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；
加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH=x，目的是生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁開(kāi)始沉淀PH=4，沉淀完全PH=5.0，氫氧化銅開(kāi)始沉淀PH=5.4，所以選擇的PH范圍是：5.0≤X＜5.4，pH至少應(yīng)調(diào)至5.0，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；5.0；
（2）亞鐵離子被雙氧水氧化成鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）流程②中加入適量Al粉，將酸浸液中的鐵離子和氫離子反應(yīng)，從而除去鐵離子和氫離子，
故答案為：與酸浸液中Fe³⁺和H⁺反應(yīng)生成Al³⁺；
（4）氯化鋁為強(qiáng)酸弱堿鹽，水解反應(yīng)方程式為：AlCl₃+3H₂O?Al（OH）₃+3HCl水解為吸熱反應(yīng)，加熱使水解平衡向水解方向移動(dòng)，蒸干，氯化氫揮發(fā)，得到氫氧化鋁，灼燒氫氧化鋁得到氧化鋁，
故答案為：不能；直接加熱AlCl₃溶液，會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，最終得到氧化鋁；
（5）0-V₁階段，滴加的NaOH用于中和剩余的HCl，發(fā)生反應(yīng)為：HCl+NaOH=NaCl+H₂O，
設(shè)Fe³⁺、Al³⁺物質(zhì)的量分別為y、x，
V₁-V₂階段，繼續(xù)滴加的NaOH與Fe³⁺、Al³⁺反應(yīng)：
Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，F(xiàn)e³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓
x    3x    x        y    3y 
則：①3x+3y=（V₂-V₁）×a，
V₂-V₃階段，繼續(xù)滴加的NaOH與Al（OH）₃反應(yīng)，沉淀量開(kāi)始減少，發(fā)生反應(yīng)：
Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
x          x
則②x=（V₃-V₂）×a=（V₃-V₂）amol，
①②解得：y=$\frac{4{V}_{2}-{V}_{1}-{3V}_{3}}{3}$amol，
y：x=$\frac{4{V}_{2}-{V}_{1}-{3V}_{3}}{3}$amol：（V₃-V₂）amol=$\frac{4{V}_{2}-{V}_{1}-3{V}_{3}}{3（{V}_{3}-{V}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{4{V}_{2}-{V}_{1}-3{V}_{3}}{3（{V}_{3}-{V}_{2}）}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、物質(zhì)的分離與提純方法的綜合應(yīng)用，題目難度較大，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑榻獯痍P(guān)鍵，注意掌握物質(zhì)分離和提純的操作方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>