Question

4．电子产品产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁．某化学兴趣小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如图制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：

按要求回答下列问题：
（1）滤渣1中存在的金属有Au、Pt．
（2）已知沉淀物的pH如下表：

	氢氧化物开始沉淀时的pH	氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe2+	7.0	9.0
Fe3+	1.9	3.7
Cu2+	4.9	6.7
Al3+	3.0	4.4

①则操作②中X物质最好选用的是d（填编号）
a．酸性高锰酸钾溶液    b．漂白粉    c．氯气       d．双氧水
②理论上应控制溶液pH的范围是4.4≤pH＜4.9．
（3）检验滤液2中既不存在Fe²⁺又不存在Fe³⁺的操作步骤是①取少量滤液于试管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不变红证明不存在Fe³⁺，③继续向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不变红证明不存在Fe²⁺．
（4）用一个离子方程式表示在酸浸液中加入适量铝粉的反应：Al+Fe³⁺=Fe+Al³⁺．
（5）由CuSO₄•5H₂O制备CuSO₄时，应把CuSO₄•5H₂O放在坩埚（填仪器名称）中加热脱水．
（6）现在某些电器中使用的高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压．高铁电池的总反应为 3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充电}^{放电}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，该电池放电时负极反应式为Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，每有1mol K₂FeO₄被还原，转移电子的物质的量为3mol，充电时阳极反应式为Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 用稀硫酸和浓硝酸的混合液在加热条件下溶解含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，Cu、Al、Fe溶解，过滤除去不溶的Au、Pt（滤渣1），得滤液1（金属离子为Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺），向滤液1中加入双氧水氧化溶液里的Fe²⁺，然后滴加NaOH溶液调节溶液pH范围4.4≤pH＜4.9，促进Fe³⁺、Al³⁺水解完全生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃，并过滤得到滤渣2和滤液2，滤液2经蒸发冷却、结晶、过滤得到胆矾晶体，滤液2用稀硫酸溶解后用Al置换Fe³⁺生成Fe，并过滤得滤液，同样蒸发冷却、结晶、过滤得到硫酸铝晶体，
放电时，负极失去电子发生氧化反应；根据K₂FeO₄中铁的化合价由+6变化为+3，化合价降低3；正反应中Fe元素的化合价降低，K₂FeO₄为正极，则充电时为阳极，发生氧化反应据此分析作答．

解答 解：（1）稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生了反应，所以滤渣1的成分是Pt和Au；
故答案为：Au、Pt；
（2）①第②步加入试剂X的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，双氧水与亚铁离子的反应为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，双氧水做氧化剂被还原后为水，不引入杂质，对环境无污染，而高锰酸钾溶液、漂白粉、氯气做氧化剂，反应后引进了装置，且污染环境，所以试剂X最好选用双氧水；
故答案为：d；
②调溶液PH的目的是使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀，依据图表数据分析可知，铁离子完全沉淀时溶液pH=3.7，铝离子完全沉淀时溶液pH=4.4，而铜离子开始沉淀时的pH=4.9，所以使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀，铜离子不沉淀，溶液pH调节范围应该为：4.4≤pH＜4.9；
故答案为：4.4≤pH＜4.9；
（3）亚铁离子有还原性，铁离子使KSCN溶液显血红色，可加入KSCN溶液，检验铁离子，在加入氧化剂检验亚铁离子，方法为：①取少量滤液于试管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不变红证明不存在Fe³⁺，③继续向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不变红证明不存在Fe²⁺；
故答案为：①取少量滤液于试管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不变红证明不存在Fe³⁺，③继续向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不变红证明不存在Fe²⁺；
（4）根据实验流程，酸浸液中含有铁离子和铝离子，向酸浸液中加入铝粉后，铁离子与铝发生反应生成铁和铝离子，反应的离子方程式为Fe³⁺+Al=Al³⁺+Fe；
故答案为：Al+Fe³⁺=Fe+Al³⁺；
（5）由CuSO₄•5H₂O制备CuSO₄时，应把CuSO₄•5H₂O放在坩埚中；
故答案为：坩埚；
（6）放电时，Zn为负极，失去电子，发生电极反应：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；
K₂FeO₄中铁的化合价由+6变化为+3，化合价降低3，所以每有1molK₂FeO₄被还原，转移电子的物质的量为3mol，
正反应中Fe元素的化合价降低，K₂FeO₄为正极，则充电时为阳极，发生氧化反应：Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案为：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；3mol；Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

点评 本题考查较为全面，涉及热化学方程式书写、混合物的分离、可充电电池等知识，综合性较强，其中电化学是难点，注意正负极和阴阳极电极反应式的书写．