Question

【题目】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）写出铜帽溶解时铜与加入的稀硫酸、30%H2O2反应的离子反应方程式____；铜帽溶解完全后，需加热(至沸)将溶液中过量的H2O2除去。

（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 2S2O32－+I2=2I－+S4O62－

①滴定选用的指示剂为____，滴定终点观察到的现象为___；

②某同学称取1.0g电池铜帽进行实验，得到100.00mL含有Cu2＋的溶液，量取20.00mL上述含有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0.1000 mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定至终点。再重复操作实验3次，记录数据如下：

实验编号	1	2	3	4
V（Na2S2O3）(mL)	28.32	25.31	25.30	25.32

计算电池铜帽中Cu的质量分数为____（结果保留四位有效数字），若滴定前溶液中的H2O2没有除尽，则所测定c (Cu2＋)将会____(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)；

（3）常温下，若向50mL 0.0001 mol·L-1CuSO4溶液中加入50mL0.00022 mol·L-1NaOH溶液， 生成了Cu (OH)2沉淀。计算沉淀生成的溶液的pH= ___（假设Cu2+被完全沉淀，混合后溶液体积不发生变化）；

（4）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1.0 mol·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	8.9

实验中可选用的试剂：30%H2O2、1.0 mol·L-1HNO3、1.0 mol·L-1NaOH。由除去铜的滤液制备ZnO 的实验步骤依次为：

①向滤液中加入适量30% H2O2，使其充分反应；

②_______；

③过滤；

④______；

⑤过滤、洗涤、干燥；

⑥900℃煅烧。

Answer 1

【答案】Cu+H2O2+2H+＝Cu2++2H2O 淀粉溶液 滴入最后一滴标准溶液，溶液由蓝色变为无色，且30s内不恢复 80.99﹪或 0.8099 偏高 9 滴加1.0 mol·L-1NaOH，调溶液pH为3.2≤pH<5.9，使Fe3＋沉淀完全 向滤液中滴加1. 0 mol·L-1NaOH，调节溶液pH 为8. 9≤pH≤11，使Zn2＋沉淀完全

【解析】

利用废旧电池的铜帽(Zn、Cu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，在固体中加入稀硫酸酸化的过氧化氢溶解，铜生成硫酸铜溶液，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，热分解得到到氧化锌，据此判断。

(1)双氧水在酸性溶液中氧化铜转化成硫酸铜，反应的离子方程式为Cu+H2O2+2H+＝Cu2++2H2O；

（2）①由于碘遇淀粉显蓝色，可淀粉溶液为指示剂，则当最后一滴Na2S2O3溶液滴入时，溶液蓝色变为无色，且30s内不恢复，说明滴定到达终点，故答案为：淀粉溶液；滴入最后一滴标准溶液，溶液由蓝色变为无色，且30s内不恢复；

②②根据题中数据可知，第一次数据偏差较大，为偶然误差，应去掉，所以Na2S2O3标准溶液的体积为mL=25．31mL，则消耗的Na2S2O3的物质的量为0．1000mol/L×0．02531L=0．002531mol，根据反应2Cu2++4I-═2CuI（白色）↓+I2、2S2O32-+I2═2I-+S4O62-得关系式2Cu2+～I2～2S2O32-，根据关系可求得铜元素的质量为0．002531mol××64g/mol=0．8099g，所以铜的质量分数为×100%=80.99%；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：80.99%；偏高；

（3）50mL 0.0001 mol·L-1CuSO4溶液与50mL0.00022 mol·L-1NaOH混合后n(Cu2+)=50 ×10-3L×0.0001 mol·L-1=5×10-6 mol，n(OH-) =50 ×10-3L×0.00022 mol·L-1=1.1×10-5 mol，则CuSO4溶液与NaOH溶液按1:2生成Cu (OH)2后氢氧根离子过量，过量的c(OH-)==1×10-5 mol/L，故溶液的pH==9；

（4）除去铜的滤液中含有Fe3＋、Fe2＋、Zn2＋等，若制备ZnO应除去Fe3＋和Fe2＋。由表中信息可知，Fe2＋和Zn2＋开始沉淀和沉淀完全的pH均相差较小，但Fe3＋与Zn2＋开始沉淀和沉淀完全的pH均相差较大，故可加入30%H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，再滴加NaOH溶液，调节溶液的pH(3.2≤pH＜5.9)，使Fe3＋沉淀完全，此时Zn2＋不产生沉淀，充分反应后过滤，向滤液中滴加NaOH溶液，调节溶液的pH(8.9≤pH≤11)，使Zn2＋产生Zn(OH)2沉淀，并对Zn(OH)2沉淀进行洗涤、干燥、煅烧，即可得到ZnO，故答案为：滴加1.0 mol·L-1NaOH，调溶液pH为3.2≤pH<5.9，使Fe3＋沉淀完全；向滤液中滴加1. 0 mol·L-1NaOH，调节溶液pH 为8. 9≤pH≤11，使Zn2＋沉淀完全。