Question

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，并设计出如下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_____________。
(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___________(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________________________。
(3)检验滤液2中既不存在Fe²⁺又不存在Fe³⁺的操作步骤是____________________。
(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：___________________。
(5)由CuSO₄·5H₂O制备CuSO₄时，应把CuSO₄·5H₂O放在______(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 + 8H₂O3Zn(OH)₂ + 2Fe(OH)₃ + 4KOH，该电池放电时负极反应式为_______，每有1mol K₂FeO₄被还原，转移电子的物质的量为____，充电时阳极反应式为___________。

Answer 1

(15分，除标明1分外，其余每空均为2分) (1)Au、Pt(对一个给1分，错一个倒扣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)；其它合理均正确，但要准确：大于等于4.4，小于4.9。如果不准确该空不得分。)
(3)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⁺。(三点少一点扣1分，扣完为止。其它答案合理酌情给分。)
(4)Al+ Fe³⁺＝Fe＋Al³⁺(如果有加氢离子的也给分)   (5)坩埚(1分，字错误不得分)
(6) Zn—2e^— +2OH^—= Zn(OH)₂；3(1分)；Fe(OH)₃—3e^— + 5OH^—= FeO₄^2－ + 4H₂O

试题分析：（1）向混合物中加稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe被硝酸氧化，而Au或Pt不能被硝酸氧化，所以滤渣1的成分是Pt和Au。
（2）①滤液1中的含有的金属阳离子Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，根据沉淀氢氧化物时的pH值可知，要得到硫酸铜硫酸铜晶体，需要形成氢氧化铁或氢氧化铝晶体。由于溶液中含有亚铁离子，而亚铁离子沉淀时的pH超过铜离子的，所以第②步加入氧化剂的目的是把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，该氧化剂的优点是不引入杂质，产物对环境物污染，所以最好的是双氧水，答案选d。
②调溶液PH的目的是使Fe3+和Al³⁺形成沉淀，而铜离子不能形成沉淀，所以理论上应控制溶液pH的范围是4.4≤pH＜4.9。
（3）亚铁离子具有还原性，而铁离子能和KSCN溶液发生显色反应，所以检验滤液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⁺。(三点少一点扣1分，扣完为止。其它答案合理酌情给分。)
（4）滤渣2的成分为氢氧化铁和氢氧化铝，加入稀硫酸生成硫酸铁和硫酸铝，所以要得到硫酸铝晶体，需要除去铁离子，因此加入单质铝的目的是置换出溶液中的铁，反应的离子方程式是Al+ Fe³⁺＝Fe＋Al³⁺。
（5）固体加热脱水应该在坩埚值完成，所以第③步由五水硫酸铜制备硫酸铜的方法应是在坩埚中加热脱水。
（6）原电池中负极失去电子，发生氧化反应。所以根据总的方程式可知，锌是还原剂，作负极，电极反应式是Zn—2e^— +2OH^—= Zn(OH)₂；铁元素的化合价从＋6价降低到＋3价，得到3个电子，所以每有1mol K₂FeO₄被还原，转移电子的物质的量为3mol；充电相当于电解，电解池中阳极失去电子，发生氧化反应，所以根据反应的总方程式可知，充电时阳极电极反应式是Fe(OH)₃—3e^— + 5OH^—= FeO₄^2－ + 4H₂O。