题目内容
实验室通常用粗锌和稀硫酸反应制氢气，在其废液中含有大量的硫酸锌，由于粗锌中还含有铁，使溶液中含有一定量的硫酸亚铁．某兴趣小组的同学用上述废液为原料制取皓矾（ZnSO4.7H2O）并探究其性质．
（1）制备皓矾的实验流程如图．
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：
①从溶液A到溶液B所加入试剂①的目的是 ，应选择试剂
A．氨水 B．NaCLO溶液 C．20%的 H2O2 D．浓硫酸
②加入试剂 ②的目的是调节溶液的PH值，使铁元素完全沉淀，以得到较纯的ZnSO4溶液，加入的试剂②最好是 ．
③从晶体1→晶体2，该过程的名称是 ．
④在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是 ．
（2）探究ZnSO4.7H2O的性质称取28.7gZnSO4.7H2O研细后置于坩埚中小心加热，测得残留固体的质量与温度的对应数据见下表：
①ZnSO4.7H2O加热到1000℃时分解产生的气体产物除水蒸汽、SO3、SO2外还可能有 （写化学式），写出一种可能的化学反应方程式 ．
②为进一步探究确认分解生成的气体组成，某同学设计了一个测定各组分含量的实验方案，其可能用到的仪器如图所示：
按装置从左至右的方向，各仪器接口连接顺序为①→⑨→⑩→ → → → → → →②（填序号）．
（1）制备皓矾的实验流程如图．
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：
①从溶液A到溶液B所加入试剂①的目的是
A．氨水 B．NaCLO溶液 C．20%的 H2O2 D．浓硫酸
②加入试剂 ②的目的是调节溶液的PH值，使铁元素完全沉淀，以得到较纯的ZnSO4溶液，加入的试剂②最好是
③从晶体1→晶体2，该过程的名称是
④在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是
（2）探究ZnSO4.7H2O的性质称取28.7gZnSO4.7H2O研细后置于坩埚中小心加热，测得残留固体的质量与温度的对应数据见下表：
| 温度（℃） | 60 | 240 | 930 | 1000 |
| 残留固体质量（g） | 19.7 | 16.1 | 8.1 | 8.1 |
②为进一步探究确认分解生成的气体组成，某同学设计了一个测定各组分含量的实验方案，其可能用到的仪器如图所示：
按装置从左至右的方向，各仪器接口连接顺序为①→⑨→⑩→
考点：性质实验方案的设计,探究物质的组成或测量物质的含量
专题：实验设计题
分析：（1）①依据流程分析判断，试剂1是为了把亚铁离子氧化为铁离子，在PH=2.7-3．可以全部沉淀，其他离子不沉淀，同时加入的试剂不能引入新的杂质；
②试剂2是用来调节溶液PH到3.7，目的让铁离子全部沉淀，除杂实验不能引入新的杂质；
③晶体重新结晶的过程是物质提纯的方法是重结晶；
④洗涤晶体表面的杂质离子，同时减少皓钒晶体的损失；
（2）①根据ZnSO4?7H2O加热到1000℃时所的固体的质量情况来确定成分；
②依据分解生成的气体为三氧化硫、二氧化硫、氧气分析．
②试剂2是用来调节溶液PH到3.7，目的让铁离子全部沉淀，除杂实验不能引入新的杂质；
③晶体重新结晶的过程是物质提纯的方法是重结晶；
④洗涤晶体表面的杂质离子，同时减少皓钒晶体的损失；
（2）①根据ZnSO4?7H2O加热到1000℃时所的固体的质量情况来确定成分；
②依据分解生成的气体为三氧化硫、二氧化硫、氧气分析．
解答：
解：（1）①化学实验室通常用粗锌和稀硫酸反应制氢气，因此在制氢废液中含有大量的硫酸锌．同时，由于粗锌中还含有铁等杂质，溶于酸后生成亚铁离子锌离子，依据开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为：Fe（OH）3：2.7-3.7Fe（OH）2：7.6-9.6 Zn（OH）2：5.7-8，分析判断，直接沉淀亚铁离子，锌离子也会全部全部沉淀，不能实现实验目的和要求，除去亚铁离子需要先把亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使三价铁离子全部沉淀，此时锌离子不沉淀，来实现分离，加入的氧化剂不能引入新的杂质，氨水、NaClO溶液、20%的H2O2、浓硫酸、浓硝酸中只有20%的H2O2 在氧化亚铁离子不引入杂质；
故答案为：将制氢废液中的Fe2+氧化成Fe3+，同时避免引入新的杂质；C；
②试剂2是用来调节溶液PH到3.7，目的让铁离子全部沉淀，除杂实验不能引入新的杂质；Zn粉会把氧化得到的铁离子还原，起不到除去的作用，ZnO、Zn（OH）2、ZnCO3可以反应调节溶液PH到3.7，使铁离子沉淀，同时不引入新的杂质，ZnSO4不能调节溶液PH，且引入杂质硫酸根离子；
故答案为：ZnO、Zn（OH）2、ZnCO3；
③晶体溶解再结晶是提纯晶体的方法为重结晶；故答案为：重结晶；
④洗涤晶体表面的杂质离子，同时减少皓钒晶体的损失；在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是，晶体溶于水，不溶于酒精，所以目的是为了冲洗掉晶体表面的杂质离子；防止晶体溶解，影响产率；故答案为：为了冲洗掉晶体表面的杂质离子；防止晶体溶解，影响产率；
（2）①ZnSO4?7H2O加热到1000℃时所的固体的质量为8.1g，加热到60°会将所有的结晶水失去，到1000℃时硫酸锌已经分解为氧化锌、三氧化硫，三氧化硫可以写成二氧化硫和氧气；
故答案为：O2，ZnSO4?7H2O
ZnO+SO3+7H2O；
②依据分解生成的气体为三氧化硫、二氧化硫、氧气分析，按装置从左至右的方向，各仪器接口连接顺序为①→⑨→⑩→，先通过饱和亚硫酸钠溶液吸收三氧化硫反应生成二氧化硫，通过浓硫酸干燥气体后通过碱石灰吸收二氧化硫，最后利用排水量气法测定氧气体积，依据氧气和生成二氧化硫之间的电子守恒计算费用生成二氧化硫，最后得到三氧化硫，所以装置连接为：①→⑨→⑩→⑥→⑤→③→④→⑧→⑦→②；
故答案为：⑥⑤③④⑧⑦；
故答案为：将制氢废液中的Fe2+氧化成Fe3+，同时避免引入新的杂质；C；
②试剂2是用来调节溶液PH到3.7，目的让铁离子全部沉淀，除杂实验不能引入新的杂质；Zn粉会把氧化得到的铁离子还原，起不到除去的作用，ZnO、Zn（OH）2、ZnCO3可以反应调节溶液PH到3.7，使铁离子沉淀，同时不引入新的杂质，ZnSO4不能调节溶液PH，且引入杂质硫酸根离子；
故答案为：ZnO、Zn（OH）2、ZnCO3；
③晶体溶解再结晶是提纯晶体的方法为重结晶；故答案为：重结晶；
④洗涤晶体表面的杂质离子，同时减少皓钒晶体的损失；在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是，晶体溶于水，不溶于酒精，所以目的是为了冲洗掉晶体表面的杂质离子；防止晶体溶解，影响产率；故答案为：为了冲洗掉晶体表面的杂质离子；防止晶体溶解，影响产率；
（2）①ZnSO4?7H2O加热到1000℃时所的固体的质量为8.1g，加热到60°会将所有的结晶水失去，到1000℃时硫酸锌已经分解为氧化锌、三氧化硫，三氧化硫可以写成二氧化硫和氧气；
故答案为：O2，ZnSO4?7H2O
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②依据分解生成的气体为三氧化硫、二氧化硫、氧气分析，按装置从左至右的方向，各仪器接口连接顺序为①→⑨→⑩→，先通过饱和亚硫酸钠溶液吸收三氧化硫反应生成二氧化硫，通过浓硫酸干燥气体后通过碱石灰吸收二氧化硫，最后利用排水量气法测定氧气体积，依据氧气和生成二氧化硫之间的电子守恒计算费用生成二氧化硫，最后得到三氧化硫，所以装置连接为：①→⑨→⑩→⑥→⑤→③→④→⑧→⑦→②；
故答案为：⑥⑤③④⑧⑦；
点评：本题是一道关于物质的分离和提纯的综合实验设计题，考查学生分析和解决问题的能力，难度大．
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