Question

廢棄物的綜合利用既有利于節(jié)約資源，又有利于保護(hù)環(huán)境．實(shí)驗(yàn)室利用廢棄舊電池的銅帽
（Zn、Cu總含量約為99%）回收銅并制備ZnO的部分實(shí)驗(yàn)過程如下：

（1）①銅帽溶解時(shí)加入H₂O₂的目的是（用化學(xué)方程式表示）

 

．
②銅帽溶解后需將溶液中過量H₂O₂除去．除去H₂O₂的簡(jiǎn)便方法是

 

．
（2）鋅灰的主要成分為Zn、ZnO，（還含少量鐵及其氧化物）．已知pH＞11時(shí)Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-．下表列出了幾種離子在該實(shí)驗(yàn)條件下生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol?L^-1計(jì)算）

	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe3+	1.0	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Zn2+	5.9	8.9

則Fe（OH）₃的溶度積常數(shù)Ksp=

 

．
（3）實(shí)驗(yàn)中可選用的試劑：30% H₂O₂、1.0mol?L^-1HNO₃、1.0mol?L^-1 NaOH．
由除去銅的濾液制備ZnO的實(shí)驗(yàn)步驟依次為：①往濾液中加入適量30% H₂O₂使其充分反應(yīng)，再次加入H₂O₂的目的是（用離子方程式表示）：

 

；②

 

；③過濾；④

 

；⑤過濾、洗滌、干燥、灼燒．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：廢棄舊電池的銅帽加水超聲洗滌去除表面的可溶性雜質(zhì)，然后加入稀硫酸和雙氧水，雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能在酸性條件下氧化銅生成銅鹽，加入氫氧化鈉降低酸性，然后加入足量的鋅灰，由于鋅的活潑性強(qiáng)于銅，故能把銅從其鹽溶液中置換出來，剩余鋅的化合物制備ZnO，據(jù)此分析解答即可；
（1）①酸性條件下Cu與過氧化氫發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅和水；②過氧化氫加熱到153℃便猛烈的分解；
（2）依據(jù)沉淀溶度積常數(shù)的計(jì)算方法計(jì)算即可；
（3）滴加H₂O₂溶液，使Fe²⁺轉(zhuǎn)化完全為Fe³⁺，滴加NaOH溶液，形成氫氧化鐵沉淀，除雜后形成氫氧化鋅沉淀，過濾、洗滌、干燥900℃煅燒制得氧化鋅．

解答： 解：（1）①因?yàn)殡p氧水在酸性溶液中先把銅氧化成氧化銅，當(dāng)然這是一個(gè)微弱的反應(yīng)，形成一個(gè)平衡，但是形成的氧化銅馬上就會(huì)被稀硫酸溶解，平衡被打破，反應(yīng)朝正方向進(jìn)行，故而逐漸溶解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
故答案為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
②過氧化氫性質(zhì)比較穩(wěn)定，若加熱到153℃便猛烈的分解為水和氧氣，將溶液中過量的H₂O₂ 除去可加熱至沸，
故答案為：加熱至沸；
（2）開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol?L^-1計(jì)算，即c（Fe³⁺）=1.0mol/L，開始沉淀時(shí)pH=1，即c（OH^-）=10^-13，Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）?c³（OH^-）=1×（10^-13）³=1×10^-39，故答案為：1×10^-39；
（3））①向?yàn)V液中加入30%H₂O₂，使其充分反應(yīng)，目的使Fe²⁺轉(zhuǎn)化完全為Fe³⁺，離子反應(yīng)方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；然后②滴加NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液PH約為5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe³⁺沉淀完全，然后③過濾，再④向?yàn)V液中滴加1.0mol?L^-1NaOH，調(diào)節(jié)溶液PH約為10（或8.9≤pH≤11），使Zn²⁺沉淀完全，最后⑤900℃煅燒，制得氧化鋅，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；滴加1.0mol?L^-1NaOH，調(diào)節(jié)溶液PH約為5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe³⁺沉淀完全；向?yàn)V液中滴加1.0mol?L^-1NaOH，調(diào)節(jié)溶液PH約為10（或8.9≤pH≤11），使Zn²⁺沉淀完全．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查實(shí)驗(yàn)室廢棄舊電池的銅帽回收銅和制備ZnO，考查學(xué)生對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)處理能力，注意實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)原理和步驟是解答的關(guān)鍵，平時(shí)注意打好扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和靈活應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力培養(yǎng)，題目難度中等．