Question

活性氧化锌是一种多功能性的新型无机材料．某小组以粗氧化锌（含铁、铜的氧化物）为原料模拟工业生产活性氧化锌，步骤如下：

已知各相关氢氧化物沉淀pH范围如下表所示：

	Zn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Cu（OH）2
开始沉淀pH	5.4	7.0	2.3	4.7
完全沉淀pH	8.0	9.0	4.1	6.7

完成下列填空
（1）步骤I中所需25%稀硫酸可用98%浓硫酸（密度为1.84g/mL）配制，所需的仪器除玻璃棒、烧杯外，还需要

 

（选填编号）
A．电子天平    B．量筒    C．容量瓶    D．胶头滴管
（2）步骤II中通过加入KMnO₄氧化，并用ZnO调节pH，可以除去含铁杂质．检验沉淀是否完全的实验操作是

 

．调节pH的适宜范围是

 

．
（3）步骤III中加入Zn粉的作用是：①

 

；②进一步调节溶液pH．
（4）步骤IV中使用热NH₄HCO₃溶液能促进Zn²⁺转化为沉淀，但温度不宜过高，其原因可能是

 

．
（5）步骤V在

 

（填仪器名称）中进行，已知碱式碳酸锌的化学式为Zn₅（OH）₆（CO₃）₂，请写出发生反应的化学方程式：

 

．判断已分解完全的操作是

 

．
（6）用如下方法测定所得活性氧化锌的纯度：
①取1.000g活性氧化锌，用15.00mL 1.000mol/L硫酸溶液完全溶解
②用浓度为0.500mol/L的标准氢氧化钠溶液滴定剩余硫酸，到达终点时消耗氢氧化钠溶液12.00mL．
假设杂质不参与反应，则所得活性氧化锌的纯度为

 

．
若在滴定时，实际操作中过量半滴（1mL溶液为25滴），则本次滴定的相对误差为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：粗氧化锌（含铁、铜的氧化物）加入稀硫酸溶解过滤得到溶液中含有硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸锌，加入高锰酸钾溶液氧化亚铁离子为铁离子，加入氧化锌调节溶液PH沉淀铁离子和铜离子，加入锌还原铜离子为铜单质，过滤得到硫酸锌，碳化加入碳酸氢铵沉淀锌离子生成碱式碳酸锌，加热分解生成活性氧化锌；
（1）依据溶液配制过程分析需要的仪器有玻璃棒、烧杯、量筒、胶头滴管等；
（2）检验沉淀是否完全可以利用铁离子遇到硫氰酸钾溶液变红色设计验证，依据沉淀PH范围调节溶液PH使铁离子和铜离子沉淀；
（3）步骤III中加入Zn粉的作用是含有铜离子，调节溶液PH除净铜离子；
（4）碳酸氢铵受热易分解分析；
（5）固体分解再坩埚中进行；碱式碳酸锌的化学式为Zn₅（OH）₆（CO₃）₂，分解生成氧化锌、二氧化碳和水，结合原子守恒配平书写得到反应的化学方程式；
（6）依据滴定所需氢氧化钠溶液物质的量计算剩余硫酸物质的量，计算得到与氧化锌反应的硫酸物质的量计算得到氧化锌物质的量，计算纯度；1mL溶液为25滴，半滴的体积为

1

50

mL； 相对误差=

1 50 ml

12ml

计算得到；

解答： 解：粗氧化锌（含铁、铜的氧化物）加入稀硫酸溶解过滤得到溶液中含有硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸锌，加入高锰酸钾溶液氧化亚铁离子为铁离子，加入氧化锌调节溶液PH沉淀铁离子和铜离子，加入锌还原铜离子为铜单质，过滤得到硫酸锌，碳化加入碳酸氢铵沉淀锌离子生成碱式碳酸锌，加热分解生成活性氧化锌；
（1）步骤I中所需25%稀硫酸可用98%浓硫酸（密度为1.84g/mL）配制，是粗略配制在烧杯内稀释配制，所需的仪器除玻璃棒、烧杯外，还需要仪器有量筒、胶头滴管等；
故答案为：bd；
（2）检验沉淀是否完全可以利用铁离子遇到硫氰酸钾溶液变红色设计验证，取少量溶液，滴加KSCN溶液，无颜色变化说明沉淀完全，依据沉淀PH范围调节溶液PH使铁离子和铜离子沉淀，调节溶液PH为4.1～4.7；
故答案为：取少量溶液，滴加KSCN溶液，无颜色变化，4.1～4.7；
（3）步骤III中加入Zn粉的作用是含有铜离子，进一步调节溶液pH除净铜离子；
故答案为：除去溶液中的Cu²⁺；
（4）步骤IV中使用热NH₄HCO₃溶液能促进Zn²⁺转化为沉淀，但温度不宜过高，其原因可能是碳酸氢铵受热易分解；
故答案为：NH₄HCO₃分解导致损失；
（5）固体分解在坩埚中进行；碱式碳酸锌的化学式为Zn₅（OH）₆（CO₃）₂，分解生成氧化锌、二氧化碳和水，结合原子守恒配平书写得到反应的化学方程式为：Zn₅（OH）₆（CO₃）₂

△   .

5ZnO+2CO₂↑+3H₂O；判断已分解完全的操作是称量至恒重；
故答案为：坩埚、Zn₅（OH）₆（CO₃）₂

△   .

5ZnO+2CO₂↑+3H₂O，恒重操作；
（6）依据滴定所需氢氧化钠溶液物质的量计算剩余硫酸物质的量，计算得到与氧化锌反应的硫酸物质的量计算得到氧化锌物质的量，与氧化锌反应的氢离子物质的量=0.0150L×1.000mol/L×2-0.500mol/L×0.0120L=0.024mol，ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O
计算纯度=

0.012mol×81g/mol

1.000g

×100%=97.2%；
1mL溶液为25滴，半滴的体积为

1

50

mL； 相对误差=

1 50 ml

12ml

×100%=0.17%；
故答案为：97.2%；0.17%；

点评：本题考查了物质制备和分离的实验过程分析判断，实验操作和定量计算式解题关键，题目难度中等．