Question

2．废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境．实验室利用废旧黄铜（Cu、Zn合金，含少量杂质Fe）制备胆矾晶体（CuSO₄•5H₂O）及副产物ZnO．制备流程图如图：

已知：Zn及化合物的性质与Al及化合物的性质相似，pH＞11时Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-．如表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L^-1计算）．

	Fe3+	Fe2+	Zn2+
开始沉淀的pH	1.1	5.8	5.9
沉淀完全的pH	3.0	8.8	8.9

请回答下列问题：
（1）试剂X可能是H₂O₂，其作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺．
（2）加入ZnO调节pH=3～4的目的是降低H⁺浓度，促使Fe³⁺彻底水解生成 Fe（OH）₃沉淀而除去．
（3）由不溶物生成溶液D的化学方程式为Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O．
（4）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．
（5）下列试剂可作为Y试剂的是B．A．ZnO   B．NaOH   C．Na₂CO₃  D．ZnSO₄
若在滤液C中逐滴加入盐酸直到过量，则产生的现象是先产生白色沉淀后溶解．
（6）测定胆矾晶体的纯度（不含能与I^-发生反应的氧化性杂质）：准确称取0.5000g胆矾晶体置于锥形瓶中，加适量水溶解，再加入过量KI，用0.1000mol•L^-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃标准溶液19.40mL．已知：上述滴定过程中的离子方程式如下：Cu²⁺+4I^-═2CuI（白色）↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-
①胆矾晶体的纯度为97.00%．
②在滴定过程中剧烈摇动（溶液不外溅）锥形瓶，则所测得的纯度将会偏高（填“偏高”、“偏低”或“不变”）．

Answer 1

分析 用废旧黄铜（Cu、Zn合金，含少量杂质Fe）制备胆矾晶体（CuSO₄•5H₂O）及副产物ZnO，废旧黄铜加入过量稀硫酸过滤得到不溶物E为Cu，滤液A为硫酸亚铁、硫酸锌，滤液A中加入过氧化氢氧化剂氧化亚铁离子为铁离子，加入氧化锌调节溶液PH3.0--5.9铁离子全部沉淀，锌离子不沉淀，过滤得到滤液中加入碱溶液沉淀锌离子生成氢氧化锌，灼烧得到氧化锌；或滤液A中加入过量试剂Y为氢氧化钠溶液，亚铁离子全部沉淀，过滤后的滤液中为Na₂ZnO₂，加入酸反应生成氢氧化锌沉淀，灼烧得到氧化锌；不溶物E中通入氧气同时加入稀硫酸溶液反应生成硫酸铜溶液，蒸发浓缩，冷却结晶得到硫酸铜晶体，
（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）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；
（4）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；
（5）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；
（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剧烈摇动锥形瓶，导致空气中的氧气参与氧化还原反应，据此分析即可．

解答 解：用废旧黄铜（Cu、Zn合金，含少量杂质Fe）制备胆矾晶体（CuSO₄•5H₂O）及副产物ZnO，废旧黄铜加入过量稀硫酸过滤得到不溶物E为Cu，滤液A为硫酸亚铁、硫酸锌，滤液A中加入过氧化氢氧化剂氧化亚铁离子为铁离子，加入氧化锌调节溶液PH3.0--5.9铁离子全部沉淀，锌离子不沉淀，过滤得到滤液中加入碱溶液沉淀锌离子生成氢氧化锌，灼烧得到氧化锌；或滤液A中加入过量试剂Y为氢氧化钠溶液，亚铁离子全部沉淀，过滤后的滤液中为Na₂ZnO₂，加入酸反应生成氢氧化锌沉淀，灼烧得到氧化锌；不溶物E中通入氧气同时加入稀硫酸溶液反应生成硫酸铜溶液，蒸发浓缩，冷却结晶得到硫酸铜晶体，
（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，所以试剂X为H₂O₂，
故答案为：H₂O₂；将 Fe²⁺氧化为 Fe³⁺；
（2）氧化锌为碱性氧化物，能与H⁺反应，降低H⁺浓度，促使Fe³⁺彻底水解生成 Fe（OH）₃沉淀而除去，
故答案为：降低H⁺浓度，促使Fe³⁺彻底水解生成 Fe（OH）₃沉淀而除去；
（3）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；
（4）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、抽滤；
（5）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；先产生白色沉淀后溶解；
（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×19.40×10^-3L=1.94×10^-3mol，
m（CuSO₄•5H₂O）=1.94×10^-3mol×250g/mol=0.4850g，
ω（CuSO₄•5H₂O）=$\frac{0.4850g}{0.5000g}$×100%=97.00%，
故答案为：97.00%；
②剧烈摇动锥形瓶，导致氧气参与氧化还原反应，从而消耗Na₂S₂O₃标准溶液体积偏大，故测量纯度偏高，
故答案为：偏高．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高考常见题型，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．