Question

17．废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境．实验室利用废旧黄铜（Cu、Zn合金，含少量杂质Fe）制备胆矾晶体（CuSO₄•5H₂O）及副产物ZnO．制备流程图如下：

已知：Zn及化合物的性质与Al及化合物的性质相似，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）．

	Fe3+	Fe2+	Zn2+
开始沉淀的pH	1.1	5.8	5.9
沉淀完全的pH	3.0	8.8	8.9

请回答下列问题：
（1）加入ZnO调节pH=a的目的是使溶液中的Fe³⁺完全沉淀，Zn²⁺不被沉淀，a的范围是3.0≤a＜5.9．
（2）由不溶物E生成溶液D的化学方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O．
（3）滤液A中加入H₂O₂反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）由溶液D制胆矾晶体包含的主要操作步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（5）下列试剂可作为Y试剂的是B．
A．ZnO   B．NaOH    C．Na₂CO₃D．ZnSO₄
若在滤液C中逐滴加入盐酸直到过量，则产生的现象是先产生白色沉淀后沉淀溶解．

Answer 1

分析 废旧黄铜（Cu、Zn合金，含少量杂质Fe）制备胆矾晶体（CuSO₄•5H₂O）及副产物ZnO，废旧黄铜加入过量稀硫酸过滤得到不溶物E为Cu，滤液A为硫酸亚铁、硫酸锌，滤液A中加入过氧化氢氧化剂氧化亚铁离子为铁离子，加入氧化锌调节溶液PH3.0--5.9铁离子全部沉淀，锌离子不沉淀，过滤得到滤液中加入碱溶液沉淀锌离子生成氢氧化锌，灼烧得到氧化锌；或滤液A中加入过量试剂Y为氢氧化钠溶液，亚铁离子全部沉淀，过滤后的滤液中为Na₂ZnO₂，加入酸反应生成氢氧化锌沉淀，灼烧得到氧化锌；不溶物E中通入氧气同时加入稀硫酸溶液反应生成硫酸铜溶液，蒸发浓缩，冷却结晶得到硫酸铜晶体；
（1）调节溶液pH，降低溶液酸度，可以使铁离子全部沉淀，从而除去，同时不能沉淀锌离子，分析图表数据确定a的取值；
（2）酸性条件下Cu与氧气发生氧化还原反应生成硫酸铜和水；
（3）酸性条件下过氧化氢具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子；
（4）依据从溶液中得到固体需要蒸发浓缩、冷却结晶以及过滤等回答；
（5）此过程需要调节pH值大于11，故可以加入强碱；pH＞11时Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-，类似与偏铝酸根，加入酸，先生成氢氧化锌沉淀，继续加入酸，沉淀溶解．

解答 解：由流程可知，废旧黄铜（Cu、Zn合金，含少量杂质Fe）制备胆矾晶体（CuSO₄•5H₂O）及副产物ZnO，废旧黄铜加入过量稀硫酸过滤得到不溶物E为Cu，滤液A为硫酸亚铁、硫酸锌，滤液A中加入过氧化氢氧化剂氧化亚铁离子为铁离子，加入氧化锌调节溶液PH3.0--5.9铁离子全部沉淀，锌离子不沉淀，过滤得到滤液中加入碱溶液沉淀锌离子生成氢氧化锌，灼烧得到氧化锌；或滤液A中加入过量试剂Y为氢氧化钠溶液，亚铁离子全部沉淀，过滤后的滤液中为Na₂ZnO₂，加入酸反应生成氢氧化锌沉淀，灼烧得到氧化锌；不溶物E中通入氧气同时加入稀硫酸溶液反应生成硫酸铜溶液，蒸发浓缩，冷却结晶得到硫酸铜晶体；
（1）氧化锌为碱性氧化物，能与H⁺反应，降低H⁺浓度，促使Fe³⁺彻底水解生成 Fe（OH）₃沉淀而除去，故答案为：降低H⁺浓度，促使Fe³⁺彻底水解生成 Fe（OH）₃沉淀而除去，铁离子完全沉淀的PH=3.0，锌开始沉淀的PH=5.9，所以满足程度铁离子，锌离子不沉淀的PH取值范围为：3.0≤a＜5.9；
故答案为：使溶液中的Fe³⁺完全沉淀，Zn²⁺不被沉淀；3.0≤a＜5.9；
（2）因为氧气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：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，
故答案为：2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
（3）滤液A中主要是硫酸亚铁，酸性条件下过氧化氢具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子，离子反应为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）由溶液D制胆矾晶体是从溶液中得到固体，实验操作需要蒸发浓缩、冷却结晶以及过滤等操作，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；
（5）Zn及化合物的性质与Al及化合物的性质相似，氢氧化锌具有两性，pH＞11时，Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-，此过程需要调节pH值大于11，故可以加入强碱NaOH溶液，然后加入酸先生成氢氧化锌沉淀，继续加入酸，沉淀溶解，
故答案为：B；先产生白色沉淀后溶解．

点评 本题考查制备实验方案的设计，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．