Question

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

（1）①铜帽溶解时加入H₂O₂的目的是（用化学方程式表示）

 

．
②铜帽溶解后需将溶液中过量H₂O₂除去．除去H₂O₂的简便方法是

 

．
（2）锌灰的主要成分为Zn、ZnO，（还含少量铁及其氧化物）．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在该实验条件下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	完全沉淀的pH
Fe3+	1.0	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Zn2+	5.9	8.9

则Fe（OH）₃的溶度积常数Ksp=

 

．
（3）实验中可选用的试剂：30% H₂O₂、1.0mol?L^-1HNO₃、1.0mol?L^-1 NaOH．
由除去铜的滤液制备ZnO的实验步骤依次为：①往滤液中加入适量30% H₂O₂使其充分反应，再次加入H₂O₂的目的是（用离子方程式表示）：

 

；②

 

；③过滤；④

 

；⑤过滤、洗涤、干燥、灼烧．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：实验设计题

分析：废弃旧电池的铜帽加水超声洗涤去除表面的可溶性杂质，然后加入稀硫酸和双氧水，双氧水具有强氧化性，能在酸性条件下氧化铜生成铜盐，加入氢氧化钠降低酸性，然后加入足量的锌灰，由于锌的活泼性强于铜，故能把铜从其盐溶液中置换出来，剩余锌的化合物制备ZnO，据此分析解答即可；
（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）依据沉淀溶度积常数的计算方法计算即可；
（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．

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）开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol?L^-1计算，即c（Fe³⁺）=1.0mol/L，开始沉淀时pH=1，即c（OH^-）=10^-13，Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）?c³（OH^-）=1×（10^-13）³=1×10^-39，故答案为：1×10^-39；
（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⁺，离子反应方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；然后②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，然后③过滤，再④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，最后⑤900℃煅烧，制得氧化锌，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；滴加1.0mol?L^-1NaOH，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．

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．