Question

17．用废旧黄铜（Cu、Zn合金，含少量Fe）制备胆矾晶体（CuSO₄•5H₂O）及副产物ZnO的流程为：

已知：①Zn及化合物性质与Al及化合物性质相似，pH＞11时Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-．
②下表为几种离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀时金属离子浓度为1.0mol•L^-1）．

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

（1）往滤液A中加H₂O₂的作用是将 Fe²⁺氧化为Fe³⁺，该反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）调节pH=3～4的试剂X可以用AC：
A．ZnO     B．NaOH     C．Zn（OH）₂ D．ZnSO₄
调节pH=3～4的目的是使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，达到除去Fe³⁺的目的．
（3）往滤液A中加的Y试剂可以是B：
A．ZnO     B．NaOH   C．Na₂CO₃D．ZnSO₄
（4）由不溶物生成溶液D的化学方程式为Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O．
（5）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、抽滤、晾干．
（6）测定胆矾晶体纯度（不含能与I^-反应的杂质）：准确称取0.5000g胆矾晶体置于锥形瓶，加适量水溶解，再加过量KI，用0.1000mol•L^-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃标准溶液19.60mL，离子反应为：
2Cu²⁺+4I^-═2CuI（白色）↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-
①胆矾晶体的纯度为98.00%．
②若滴定前仰视、滴定后俯视滴定管读数，所测纯度将会偏低（填“偏高”、“偏低”或“不变”）．

Answer 1

分析 由实验流程可知，Zn、Fe与硫酸反应，可知不溶物为Cu，Cu与过氧化氢、硫酸反应生成硫酸铜溶液，则D为硫酸铜溶液，蒸发浓缩、冷却结晶得到胆矾；滤液A中含硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸，加过氧化氢可将亚铁离子氧化，条件pH使铁离子转化为沉淀，可利用ZnO、Zn（OH）₂等促进铁离子水解转化为沉淀，滤液B主要含硫酸锌，与碱反应生成氢氧化锌，再加热分解生成ZnO；A中加Y调节pH值大于11，故可以加入强碱，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，再加热分解生成ZnO．
（1）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；
（2）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；
（3）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；
（4）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；
（5）依据从溶液中得到固体需要蒸发浓缩、冷却结晶以及抽滤等回答；
（6）①根据相关反应的方程式，可得到关系式2Na₂S₂O₃ ～2Cu²⁺，根据反应的关系式计算；
②滴定前仰视、滴定后俯视滴定管读数，△V偏小．

解答 解：（1）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；
（2）调节溶液pH，降低溶液酸度，可以使铁离子全部沉淀，加ZnO、Zn（OH）₂等促使Fe³⁺彻底水解生成 Fe（OH）₃沉淀而除去，调节pH=3～4的目的是使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，达到除去Fe³⁺的目的，
故答案为：AC；使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，达到除去Fe³⁺的目的；
（3）此过程需要调节pH值大于11，故可以加入强碱：NaOH，由于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，故答案为：B；
（4）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；
（5）从溶液中得到固体需要蒸发浓缩、冷却结晶以及抽滤等操作，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（6）①CuCl₂溶液与KI反应的离子方程式为：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，且发生I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-，则可得关系式2Na₂S₂O₃ ～2Cu²⁺，
则n（CuSO₄•5H₂O）=n（Na₂S₂O₃）=0.100mol/L×19.60×10^-3L=1.96×10^-3mol，
m（CuSO₄•5H₂O）=1.96×10^-3mol×250g/mol=0.490g，
ω（CuSO₄•5H₂O）=$\frac{0.490g}{0.5000g}$×100%=98.00%，故答案为：98.00%；
②若滴定前仰视、滴定后俯视滴定管读数，从而消耗Na₂S₂O₃标准溶液体积偏小，故测量纯度偏低，故答案为：偏低．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，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．