Question

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⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、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（如圖1）：流程
 已知：相關(guān)金屬離子開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)回答下列問題：
（1）加入H₂O₂的作用是

 

，
（2）欲使制取的CuSO₄?5H₂O晶體較為純凈，pH至少應(yīng)調(diào)至

 

；
（3）寫出H₂O₂在酸性條件下與Fe²⁺反應(yīng)的離子方程式：

 

；
（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

 

（填：能或不能），原因是

 

；
（5）取體積為V（L）的酸浸液，向其中滴加1mol?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)系圖2．請(qǐng)用V₁、V₂、V₃表示所取的酸浸液中n（Fe³⁺）：n（Al³⁺）

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

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；
（2）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；
（3）雙氧水具有氧化性，能夠?qū)�亞鐵離子氧化成鐵離子；
（4）氯化鋁屬于強(qiáng)酸弱堿鹽，會(huì)水解；
（5）根據(jù)圖象結(jié)合反應(yīng)原理進(jìn)行計(jì)算．

解答： 解：（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，故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，不引入雜質(zhì)，產(chǎn)物對(duì)環(huán)境無(wú)污染；
（2）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，氫氧化鋁開始沉淀PH=4，沉淀完全PH=5.0，氫氧化銅開始沉淀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：5.0；
（3）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；
（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)是：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3x+3y=（V₂-V₁）×1
V₂--V₃階段，繼續(xù)滴加的NaOH與Al（OH）₃反應(yīng)，沉淀量開始減少，發(fā)生反應(yīng)：
Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O
x          x
則x=（V₃-V₂）×1=V₃-V₂
y=

4V2-V1-3V3

3

，
y：x=

4V2-V1-3V3

3(V3-V2)

，故答案為：

4V2-V1-3V3

3(V3-V2)

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查金屬混合物的分離和提純，關(guān)鍵是提取題中的信息和反應(yīng)原理，根據(jù)所學(xué)知識(shí)完成，本題難度中等．