题目内容
【题目】某废催化剂含SiO2、ZnO、ZnS和CuS。实验室从该废催化剂中回收锌和铜的一种流程如下图所示。
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浸出使用的装置如图所示。回答下列问题:
蒸发浓缩、冷却结晶蒸发浓缩、冷却结晶
(1)第一次浸出必须选用装置 _______(填“1”或“2”),原因是 ________。滤渣1的主要成分有_______。
(2)第二次浸出时生成单质硫,写出反应的离子方程式:_______________。该步骤即使加热温度不高也可能会有副反应发生,产物之一是空气的主要成分,分析可能原因是_____________________ 。
(3)从滤液2中得到CuSO4·5H2O的操作是 __________ 、过滤、洗涤。
(4)下列叙述中涉及到与该流程中的“操作①”相同操作的是_____________ 。
A.《肘后备急方》中治疟疾:“青蒿一握,以水升渍,绞取汁,尽服之”
B.《本草衍义》中精制砒霜:“将生砒就置火上,以器覆之,令砒烟上飞着覆器”
C.《开宝本草》中获取硝酸钾:“冬月地上有霜,扫取以水淋汁后,乃煎炼而成”
D. 《本草纲目》中烧酒的制造工艺:“凡酸坏之酒,皆可蒸烧”
(5)若该废催化剂中含12.8%的CuS,实验中称取15.0g废催化剂最终得到3.0gCuSO4·5H2O,则铜的回收率为 __________________ 。
【答案】1 有有毒气体H2S生成,装置2没有尾气吸收装置 SiO2、CuS CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S Cu2+催化H2O2分解产生O2 蒸发浓缩、冷却结晶 C 60.0%
【解析】
废催化剂加入稀硫酸,第一次浸出主要发生反应:ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O、ZnS+H2SO4=ZnSO4+H2S↑、Fe3O4+4H2SO4=FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O,过滤后滤液中ZnSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3,浓缩结晶得到粗ZnSO47H2O,滤渣1含有SiO2、CuS,向盛有滤渣1的反应器中加H2SO4和H2O2溶液,发生氧化还原反应,生成硫酸铜、硫,滤渣2含有硫和二氧化硅,滤液含有硫酸铜,经浓硫酸结晶可得到硫酸铜晶体。
(1)根据题目化学工艺流程知,第一次浸出发生反应:ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O、ZnS+H2SO4=ZnSO4+H2S↑,有有毒的气体H2S生成,必须用氢氧化钠溶液进行尾气处理,而装置2没有尾气处理装置,因此选1装置, 催化剂中的SiO2和CuS不溶于硫酸,且与硫酸不反应最终进入滤渣1;
故答案为:1;有有毒气体H2S生成,装置2没有尾气吸收装置;SiO2、CuS;
(2) 第二次浸出时发生反应的化学方程式:CuS+H2O2+H2SO4═CuSO4+S+2H2O,相应的离子方程式为:CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S;因为过氧化氢不稳定,在铜离子催化作用下会分解产生氧气,因此即使加热温度不高也可能会有副反应发生;
故答案为:CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S;Cu2+催化H2O2分解产生O2;
(3)滤液2主要溶质是硫酸铜,从中得到硫酸铜晶体,应采用降温结晶法,具体操作是蒸发浓缩,冷却结晶后过滤、洗涤得到硫酸铜晶体,
故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶;
(4)A.提取青蒿素的过程是利用了萃取,故不选;
B.砒霜气化以后又冷凝的结果,这种分离方法是升华,故不选;
C.硝酸钾的溶解度随温度变化大,提纯的方法是先加水溶解,然后蒸发结晶得到硝酸钾晶体,与操作1相同,故选;
D.该过程涉及到的是蒸馏操作,故不选;
故答案为:C;
(5) 废催化剂中Cu的物质的量为15.0g×12.8%÷96g/mol=0.02mol,3.0g CuSO4﹒5H2O中Cu的物质含量的为3.0g÷250g/mol=0.012mol,则铜的回收率为
×100%=60%,
故答案为:60%。
【题目】Ⅰ.中和滴定
(1)用酸式滴定管量取20.00 mL待测稀盐酸溶液放入锥形瓶中,并滴加1~2滴酚酞作指示剂,用0.20 mol·L-1NaOH标准溶液进行滴定。为了减小实验误差,该同学一共进行了三次实验,假设每次所取稀盐酸体积均为20.00 mL,三次实验结果记录如下:
实验次数 | 第一次 | 第二次 | 第三次 |
消耗NaOH溶液体积/mL | 19.00 | 23.00 | 23.02 |
该盐酸的浓度约为_____________(保留两位有效数字)。滴定达到终点的标志是_____________。
(2)在上述实验中,下列操作(其他操作正确)会造成测定结果偏高的有_______。
A. 滴定终点读数时俯视读数
B. 酸式滴定管使用前,水洗后未用待测盐酸润洗
C. 锥形瓶水洗后未干燥
D. 配制NaOH标准溶液时,没有等溶解液降至室温就转移至容量瓶中
E. 配制NaOH标准溶液时,定容时仰视容量瓶的刻度线
F. 碱式滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后消失
Ⅱ.(1)在粗制CuSO4·5H2O晶体中常含有杂质Fe2+。在提纯时为了除去Fe2+,常加入合适氧化剂,使Fe2+氧化为Fe3+,下列物质可采用的是________
A. KMnO4 B. H2O2 C. 氯水 D. HNO3
(2)然后再加入适当物质调整至溶液pH=4,使Fe3+转化为Fe(OH)3,可以达到除去Fe3+而不损失CuSO4的目的,调整溶液pH可选用下列中的_______。
A. NaOH B. NH3·H2O C. CuO D. Cu(OH)2
(3)常温下Fe(OH)3的溶度积Ksp=8.0×10-38,Cu(OH)2的溶度积Ksp=3.0×10-20,通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时就认为沉淀完全,设溶液中CuSO4的浓度为3.0 mol·L-1,则Cu(OH)2开始沉淀时溶液的pH为_______,Fe3+完全沉淀时溶液的pH为________(已知 lg5 = 0.7 )