Question

1．废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境．实验室利用废旧电池的铜帽（Cu、Zn总含量约为99%）回收 Cu并制备ZnO的部分实验过程如下：

（1）①铜帽溶解时加入H₂O₂的目的是Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O （用化学方程式表示）．
②铜帽溶解完全后，需将溶液中过量的H₂O₂除去．除去H₂O₂的简便方法是加热至沸．
（2）为确定加入锌灰（主要成分为Zn、ZnO，杂质为铁及其氧化物）的量，实验中需测定除去H₂O₂后溶液中Cu²⁺的含量．实验操作为：准确量取一定体积的含有Cu²⁺的溶液于带塞锥形瓶中，加适量水稀释，调节溶液pH=3～4，加入过量的KI，用Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点．上述过程中反应的离子方程式如下：
2Cu²⁺+4I^-═2CuI（白色）↓+I₂ 2S₂O+I₂═2I^-+S₄O₆^2-
①滴定选用的指示剂为淀粉溶液，滴定终点观察到的现象蓝色褪去且30秒不恢复蓝色．
②若滴定前溶液中的H₂O₂没有除尽，所测定的Cu²⁺含量将会偏高（填“偏高”、“偏低”或“不变”）．
（3）已知pH＞11时Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-．下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L^-1计算）．

	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Zn2+	5.9	9

实验中可选用的试剂：30% H₂O₂、1.0mol•L^-1 HNO₃、1.0mol•L^-1 NaOH．
由除去铜的滤液制备ZnO的正确实验步骤依次为：⑤④①②③⑥
①过滤；                
②调节溶液pH约为10（或8.9≤pH≤11），使Zn²⁺沉淀完全；
③过滤、洗涤、干燥；    
④调节溶液pH约为5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe³⁺沉淀完全；
⑤向滤液中加入适量30% H₂O₂，使其充分反应；    
⑥900℃煅烧；
（4）Zn（OH）₂的溶度积常数为1.2×10^-17（mol•L^-1）³，当Zn²⁺沉淀完全时，此时溶液中Zn²⁺的浓度为1.2×10^-7 mol•L^-1．

Answer 1

分析 利用废旧电池的铜帽（Cu、Zn总含量约为99%）回收 Cu并制备ZnO，电池铜帽加入水过滤后除去溶于水的杂质，在固体中加入过氧化氢溶解，铜生成硫酸铜溶液，加热煮沸将溶液中过量的H₂O₂除去，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH=2沉淀铁离子，加入锌灰（主要成分为Zn、ZnO，杂质为铁及其氧化物），反应过滤得到海绵铜，沉淀锌离子得到氢氧化锌，分解得到氧化锌；
（1）①酸性条件下Cu与过氧化氢发生氧化还原反应生成硫酸铜和水；
②过氧化氢加热到153℃便猛烈的分解；
（2）①根据淀粉与碘单质作用变蓝解答；
②根据H₂O₂+2I^-+2H⁺=I₂+2H₂O解答；
（3）滴加H₂O₂溶液，使Fe²⁺转化完全为Fe³⁺，滴加NaOH溶液，形成氢氧化铁沉淀，除杂后形成氢氧化锌沉淀，过滤、洗涤、干燥900℃煅烧制得氧化锌；
（4）Ksp=c（Zn²⁺）•c²（OH^-）来计算离子浓度．

解答 解：（1）①因为双氧水在酸性溶液中先把铜氧化成氧化铜，当然这是一个微弱的反应，形成一个平衡，但是形成的氧化铜马上就会被稀硫酸溶解，平衡被打破，反应朝正方向进行，故而逐渐溶解，反应的化学方程式为：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
故答案为：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
②过氧化氢性质比较稳定，若加热到153℃便猛烈的分解为水和氧气，将溶液中过量的H₂O₂ 除去可加热至沸，
故答案为：加热至沸；
（2）①淀粉溶液为指示剂，当最后一滴Na₂S₂O₃溶液滴入时，溶液蓝色褪去，半分钟颜色不变，说明滴定到达终点，
故答案为：淀粉溶液；蓝色褪去且30秒不恢复蓝色；
②若留有H₂O₂，加入KI后，会有以下反应：H₂O₂+2I^-+2H⁺=I₂+2H₂O误当成2Cu²⁺+4I^-=2CuI（白色）↓+I₂ 生成的碘，使测定结果偏高，
故答案为：偏高；
（3）①向滤液中加入30%H₂O₂，使其充分反应，目的使Fe²⁺转化完全为Fe³⁺，滴加NaOH溶液，调节溶液PH约为5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe³⁺沉淀完全，向滤液中滴加1.0mol•L^-1NaOH，调节溶液PH约为10（或8.9≤pH≤11），使Zn²⁺沉淀完全，900℃煅烧，制得氧化锌，由除去铜的滤液制备ZnO的正确实验步骤依次为：⑤④①②③⑥；
故答案为：⑤④①②③⑥；
（4）常温下K_sp[Zn（OH）₂]=1.2×10^-17，Ksp=c（Zn²⁺）•c²（OH^-），调至pH=9即氢氧根离子浓度为10^-5mol/L，使溶液中的Zn²⁺完全转化为Zn（OH）₂沉淀，此时溶液中的c（Zn²⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{1.2×1{0}^{-17}}{1{0}^{-10}}$=1.2×10^-7mol/L，故答案为：1.2×10^-7 mol•L^-1．

点评 本题主要考查实验室废弃旧电池的铜帽回收铜和制备ZnO，考查学生对综合实验处理能力，注意实验方案的设计原理和步骤是解答的关键，平时注意打好扎实的基础知识和灵活应用知识解决问题的能力培养，题目难度中等．