Question

实验化学实验室通常用粗锌和稀硫酸反应制氢气，因此在制氢废液中含有大量的硫酸锌．同时，由于粗锌中还含有铁等杂质，使得溶液中混有一定量的硫酸亚铁，为了充分利用制氢废液，常用其制备皓矾（ZnSO₄?7H₂O）．某校化学兴趣小组的同学以制氢气的废液为原料来制取皓矾并探究其性质．
（1）制备皓矾的实验流程如图所示．

已知：开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为：
Fe（OH）₃：2.7一3.7
Fe（OH）₂：7.6一9.6
Zn（OH）₂：5.7一8.0
试回答下列问题：①加入的试剂①，供选择使用的有：氨水、NaClO溶液、20%的H₂O₂、浓硫酸、浓硝酸等，应选用______，其理由是______
②加入的试剂②，供选择使用的有：Zn粉、ZnO、Zn（OH）₂、ZnCO₃、ZnSO₄等，应选用______，其理由是______
③从晶体1→晶体2，该过程的名称是______．
④在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是______．
（2）探究ZnSO₄?7H₂O的性质
⑤称取28.7g ZnSO₄?7H₂O研细后置于坩埚中小心加热，测得残留固体的质量与温度的对应数据见下表：

温度（℃）	60	240	930	1000
残留固体质量（g）	19.7	16.1	8.1	8.1

试写出ZnSO₄?7H₂O加热到1000℃时的反应方程式______．
⑥取少量ZnSO₄?7H₂O配成溶液向其中逐滴加入NaOH溶液，发现先产生白色沉淀后又逐渐溶解；若改用氨水得到相同的现象．查资料知，氢氧化锌与氢氧化铝均有两性，且锌离子可与氨水形成络合离子[Zn（NH₃）₄]²⁺．则Zn（OH）₂沉淀中加入NaOH溶液和加氨水均得到无色溶液的离子反应方程式为：______（任写一个）．

Answer 1

解：（1）①化学实验室通常用粗锌和稀硫酸反应制氢气，因此在制氢废液中含有大量的硫酸锌．同时，由于粗锌中还含有铁等杂质，溶于酸后生成亚铁离子锌离子，依据开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为：Fe（OH）₃：2.7-3.7Fe（OH）₂：7.6-9.6 Zn（OH）₂：5.7-8，分析判断，直接沉淀亚铁离子，锌离子也会全部全部沉淀，不能实现实验目的和要求，除去亚铁离子需要先把亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使三价铁离子全部沉淀，此时锌离子不沉淀，来实现分离，加入的氧化剂不能引入新的杂质，氨水、NaClO溶液、20%的H₂O₂、浓硫酸、浓硝酸中只有20%的H₂O₂ 在氧化亚铁离子不引入杂质，故答案为：20%的H₂O₂；将制氢废液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，同时避免引入新的杂质；
②试剂2是用来调节溶液PH到3.7，目的让铁离子全部沉淀，除杂实验不能引入新的杂质；Zn粉会把氧化得到的铁离子还原，起不到除去的作用，ZnO、Zn（OH）₂、ZnCO₃可以反应调节溶液PH到3.7，使铁离子沉淀，同时不引入新的杂质，ZnSO₄不能调节溶液PH，且引入杂质硫酸根离子，故答案为：ZnO、Zn（OH）₂、ZnCO₃；
③晶体溶解再结晶是提纯晶体的方法为重结晶；故答案为：重结晶；
④洗涤晶体表面的杂质离子，同时减少皓钒晶体的损失；在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是，晶体溶于水，不溶于酒精，所以目的是为了冲洗掉晶体表面的杂质离子；防止晶体溶解，影响产率；故答案为：为了冲洗掉晶体表面的杂质离子；防止晶体溶解，影响产率；
（2）⑤ZnSO₄?7H₂O加热到1000℃时所的固体的质量为8.1g，加热到60°会将所有的结晶水失去，到1000℃时硫酸锌已经分解为氧化锌、三氧化硫，故答案为：ZnSO₄?7H₂OZnO+SO₃+7H₂O，故答案为：ZnSO₄?7H₂OZnO+SO₃+7H₂O；
⑥向硫酸锌中逐滴加入NaOH溶液，发现先产生白色沉淀氢氧化锌，然后又逐渐溶解在氢氧化钠中，发生的化学反应为；Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O，故答案为：Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O．
分析：（1）①依据流程分析判断，试剂1是为了把亚铁离子氧化为铁离子，在PH=2.7-3．可以全部沉淀，其他离子不沉淀，同时加入的试剂不能引入新的杂质；
②试剂2是用来调节溶液PH到3.7，目的让铁离子全部沉淀，除杂实验不能引入新的杂质；
③晶体重新结晶的过程是物质提纯的方法是重结晶；
④洗涤晶体表面的杂质离子，同时减少皓钒晶体的损失；
（2）⑤根据ZnSO₄?7H₂O加热到1000℃时所的固体的质量情况来确定成分；
（2）氢氧化锌具有两性，可以和强碱反应可溶于水的盐．
点评：本题是一道关于物质的分离和提纯的综合实验设计题，考查学生分析和解决问题的能力，难度大．