题目内容

3.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Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O(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的简便方法是加热至沸.
(2)为确定加入锌灰(主要成分为Zn、ZnO,杂质为铁及其氧化物)含量,实验中需测定除去H2O2后溶液中Cu2+的含量.实验操作为:准确量取一定体积的含有Cu2+的溶液于带塞锥形瓶中,加适量水稀释,调节pH=3~4,加入过量KI,用Na2S2O3标准溶液滴定至终点.上述过程中的离子方程式如下:
2Cu2++4I-═2CuI(白色)↓+I2      
I2+2S2O32-═2I-+S4O62-
①滴定选用的指示剂为淀粉溶液,滴定终点观察到的现象为蓝色褪去并半分钟内不恢复.
②若滴定前溶液中H2O2没有除尽,所测定的Cu2+的含量将会偏高(填“偏高”“偏低”“不变”).
(3)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
几种离子生成氢氧化物沉淀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+1.13.2
Fe2+5.88.8
Zn2+5.98.9
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向滤液中加入30%H2O2,使其充分反应;
②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;
③过滤;
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;
⑤过滤、洗涤、干燥
⑥900℃煅烧.

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)①根据淀粉与碘单质作用变蓝解答;
②根据H2O2+2I-+2H+=I2+2H2O解答;
(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)①淀粉溶液为指示剂,当最后一滴Na2S2O3溶液滴入时,溶液蓝色褪去,半分钟颜色不变,说明滴定到达终点,
故答案为:淀粉溶液;蓝色褪去并半分钟内不恢复;
②若留有H2O2,加入KI后,会有以下反应:H2O2+2I-+2H+=I2+2H2O,误当成2Cu2++4I-=2CuI(白色)↓+I2 生成的碘,使测定结果偏高,
故答案为:偏高;
(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+,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,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,900℃煅烧,制得氧化锌,
故答案为:向滤液中加入30%H2O2,使其充分反应;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.

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