Question

9．利用废旧锌铁皮制备磁性Fe₃O₄胶体粒子及副产物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，K_sp（Zn（OH）₂）=1.0×10^-17．请回答下列问题：
（1）已知溶液A中锌转化为锌酸钠（Na₂ZnO₂），写出锌与NaOH溶液反应的化学方程式Zn+2NaOH=Na₂ZnO₂+H₂↑．
（2）调节溶液A的pH最小为8可使Zn²⁺沉淀完全，Zn（OH）₂沉淀制得ZnO，后续操作步骤是过滤、洗涤、灼烧．
（3）调节溶液pH=1-2，加适量的H₂O₂，反应的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）Fe₃O₄胶体粒子不能用减压过滤法实现固液分离理由是胶体粒子太小，过滤时容易透过滤纸．
（5）用重铬酸钾法（一种氧化还原滴定法）可测定产物Fe₃O₄中的二价铁含量，应用稀硫酸酸溶解Fe₃O₄．若需配制浓度为0.01000mol•L^-1的K₂Cr₂O₇标准溶液250mL，下列仪器中不必要用到的有③⑦．（用编号表示）．
①电子天平  ②烧杯  ③锥形瓶  ④玻璃棒  ⑤容量瓶  ⑥胶头滴管 ⑦移液管
称取a g Fe₃O₄样品，滴定终点消耗0.01000mol•L^-1的K₂Cr₂O₇标准溶液b mL，则Fe₃O₄样品纯度为$\frac{1.392×10{\;}^{-2}b}{a}$×100%（K₂Cr₂O₇的还原产物为Cr³⁺，Fe₃O₄式量为232）．

Answer 1

分析 废旧镀锌铁皮加入氢氧化钠溶液中反应，锌溶解生成偏锌酸钠和氢气，铁不溶解，过滤得到滤液A为Na₂ZnO₂，不溶物为Fe，溶液A调节pH使溶液中ZnO₂^2-转化为Zn（OH）₂沉淀，再经过抽滤、洗涤、干燥，灼烧得到ZnO．不溶物Fe中加入硫酸，反应生成硫酸亚铁，调节溶液PH=1～2，并加入适量过氧化氢，氧化部分亚铁离子为铁离子，得到含Fe²⁺、Fe³⁺的B溶液，再加入氢氧化钠溶液，加热分解生成四氧化三铁胶体粒子．
（1）已知溶液A中锌转化为锌酸钠（Na₂ZnO₂），是锌和氢氧化钠溶液反应生成偏锌酸钠和氢气；
（2）氢氧化锌完全沉淀依据溶度积常数计算溶液PH，调节溶液A的pH可产生Zn（OH）₂沉淀，过滤就可以得到氢氧化锌沉淀，高温灼烧氢氧化锌分解得到ZnO；
（3）调节溶液pH=1-2，加适量的H₂O₂氧化部分亚铁离子为铁离子；
（4）Fe₃O₄胶体粒子能透过滤纸；
（5）重铬酸钾是强氧化剂，酸化所需酸不能具有强氧化性、不能具有还原性，根据溶液浓度的精度，应选择电子天平用于称量固体质量，烧杯用于溶解固体，玻璃棒用于搅拌和引流操作，容量瓶用于配置溶液，胶头滴管用于加水定容；
称取ag Fe₃O₄样品，滴定终点消耗0.01000mol•L^-1的K₂Cr₂O₇标准溶液bmL，依据反应的离子方程式中的定量关系计算，6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，6Fe₃O₄～6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-，据此计算纯度．

解答 解：废旧镀锌铁皮加入氢氧化钠溶液中反应，锌溶解生成偏锌酸钠和氢气，铁不溶解，过滤得到滤液A为Na₂ZnO₂，不溶物为Fe，溶液A调节pH使溶液中ZnO₂^2-转化为Zn（OH）₂沉淀，再经过抽滤、洗涤、干燥，灼烧得到ZnO．不溶物Fe中加入硫酸，反应生成硫酸亚铁，调节溶液PH=1～2，并加入适量过氧化氢，氧化部分亚铁离子为铁离子，得到含Fe²⁺、Fe³⁺的B溶液，再加入氢氧化钠溶液，加热分解生成四氧化三铁胶体粒子，
（1）已知溶液A中锌转化为锌酸钠（Na₂ZnO₂），是锌和氢氧化钠溶液反应生成偏锌酸钠和氢气，反应的化学方程式为：Zn+2NaOH=Na₂ZnO₂+H₂↑，故答案为：Zn+2NaOH=Na₂ZnO₂+H₂↑；
（2）氢氧化锌完全沉淀依据溶度积常数计算溶液PH，当锌离子浓度小于10^-5mol/L，沉淀完全，K_sp（Zn（OH）₂）=c（Zn²⁺）c²（OH^-）=1.0×10^-17 ，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.0×10{\;}^{-17}}{1×10{\;}^{-5}}}$=10^-6mol/L，c（H⁺）=$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-6}}$=10^-8mol/L，PH=-lg10^-8=8，调节溶液A的pH可产生Zn（OH）₂沉淀，过滤就可以得到氢氧化锌沉淀，洗涤除去附着的离子，高温灼烧氢氧化锌分解得到ZnO，
故答案为：8；过滤；
（3）流程分析可知调节溶液pH=1-2，加适量的H₂O₂氧化部分亚铁离子为铁离子得到B溶液为铁离子和亚铁离子的混合溶液，反应的离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）Fe₃O₄胶体粒子能透过滤纸，所以不能用过滤的方法实现固液分离，
故答案为：胶体粒子太小，过滤时容易透过滤纸；
（5）重铬酸钾是强氧化剂，酸化所需酸不能具有强氧化性、不能具有还原性，所以应选择稀硫酸，根据溶液浓度的精度，应选择电子天平用于称量固体质量，烧杯用于溶解固体，玻璃棒用于搅拌和引流操作，容量瓶用于配置溶液，胶头滴管用于加水定容．故用不到的仪器为量筒和移液管，
称取ag Fe₃O₄样品，滴定终点消耗0.01000mol•L^-1的K₂Cr₂O₇标准溶液bmL，
6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
6Fe₃O₄～6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-，
6                 1
n              0.01000mol•L^-1 ×b×10^-3L
n=0.06b×10^-3mol，
据此计算纯度=$\frac{0.06b×10{\;}^{-3}mol×232g/mol}{ag}$×100%=$\frac{1.392×10{\;}^{-2}b}{a}$×100%，
故答案为：稀硫酸；③⑦；$\frac{1.392×10{\;}^{-2}b}{a}$×100%．

点评 本题以“废旧镀锌铁皮可制备磁性Fe₃O₄胶体粒子及副产物ZnO”为载体，考查实验基本操作和技能，涉及标准溶液的配制及滴定的误差分析、对信息的利用、实验条件的控制等，试题难度中等，是对学生综合能力的考查，需要学生基本知识的基础与分析问题、解决问题的能力．