Question

某小型化工厂生产皓矾（ZnSO₄?7H₂O）的工艺流程如图所示：已知：开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为Fe（OH）3：2.7～3.7；Fe（OH）2：7.6～9.6；Zn（OH）2：5.7～8.0．
试回答下列问题：
（1）加入的试剂①应是

 

，其目的是

 

．
（2）加入的试剂②，供选择使用的有：氯水、NaClO溶液、20% H₂O₂溶液、浓硫酸、浓硝酸等，应选用

 

，其理由是

 

．
（3）加入的试剂③是

 

，目的是

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离、提纯的实验方案设计

专题：实验设计题

分析：由制备流程可知，在①中加入过量的铁粉，发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺和Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，过滤，除去铜和剩余的铁粉，则溶液A中含有的金属离子是Fe²⁺和Zn²⁺．由信息中金属离子转化为沉淀的pH可知，需先将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后再将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀除去，在选择氧化剂时，既要能氧化Fe²⁺又不引入新的杂质，不宜选用Cl₂、KMnO₄、HNO₃等氧化剂，加入的试剂②为双氧水（H₂O₂的水溶液）最适宜．只要调整溶液的pH在2.7～5.7的范围内，Fe³⁺可以完全沉淀而除去，Zn²⁺不会沉淀，加入的试剂③可以是ZnCO₃，能控制pH在5.7附近，且不引入杂质离子，则滤液成为硫酸锌，蒸发浓缩，冷却后进行结晶得到皓矾．沉淀A中含Fe、Cu，则加④为稀硫酸，沉淀D为Cu，滤液D含硫酸亚铁与滤液A合并，以此来解答．

解答： 解：由制备流程可知，在①中加入过量的铁粉，发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺和Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，过滤，除去铜和剩余的铁粉，则溶液A中含有的金属离子是Fe²⁺和Zn²⁺．由信息中金属离子转化为沉淀的pH可知，需先将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后再将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀除去，在选择氧化剂时，既要能氧化Fe²⁺又不引入新的杂质，不宜选用Cl₂、KMnO₄、HNO₃等氧化剂，加入的试剂②为双氧水（H₂O₂的水溶液）最适宜．只要调整溶液的pH在2.7～5.7的范围内，Fe³⁺可以完全沉淀而除去，Zn²⁺不会沉淀，加入的试剂③可以是ZnCO₃，能控制pH在5.7附近，且不引入杂质离子，则滤液成为硫酸锌，蒸发浓缩，冷却后进行结晶得到皓矾．沉淀A中含Fe、Cu，则加④为稀硫酸，沉淀D为Cu，滤液D含硫酸亚铁与滤液A合并，
（1）加入的试剂①应是Fe，目的是除去铜离子，故答案为：Fe；除去铜离子；
（2）由上述制备流程可知，需先将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后再将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀除去，在选择氧化剂时，既要能氧化Fe²⁺又不引入新的杂质，不宜选用氯水、NaClO溶液、浓硫酸、浓硝酸等氧化剂，加入的试剂②为双氧水（H₂O₂的水溶液）最适宜，
故答案为：20% H₂O₂溶液； 将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
（3）只要调整溶液的pH在2.7～5.7的范围内，Fe³⁺可以完全沉淀而除去，Zn²⁺不会沉淀，加入的试剂③是ZnCO₃，能控制pH在5.7附近，且不引入杂质离子，
故答案为：ZnCO₃； 能控制pH在5.7附近，且不引入杂质离子．

点评：本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握流程中的反应及混合物分离方法为解答的关键，侧重分析、实验能力的综合考查，题目难度中等．