Question

1．廢棄物的綜合利用既有利于節約資源，又有利于保護環境．實驗室利用廢舊電池的銅帽（Cu、Zn總含量約為99%）回收 Cu并制備ZnO的部分實驗過程如下：

（1）①銅帽溶解時加入H₂O₂的目的是Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O （用化學方程式表示）．
②銅帽溶解完全后，需將溶液中過量的H₂O₂除去．除去H₂O₂的簡便方法是加熱至沸．
（2）為確定加入鋅灰（主要成分為Zn、ZnO，雜質為鐵及其氧化物）的量，實驗中需測定除去H₂O₂后溶液中Cu²⁺的含量．實驗操作為：準確量取一定體積的含有Cu²⁺的溶液于帶塞錐形瓶中，加適量水稀釋，調節溶液pH=3～4，加入過量的KI，用Na₂S₂O₃標準溶液滴定至終點．上述過程中反應的離子方程式如下：
2Cu²⁺+4I^-═2CuI（白色）↓+I₂ 2S₂O+I₂═2I^-+S₄O₆^2-
①滴定選用的指示劑為淀粉溶液，滴定終點觀察到的現象藍色褪去且30秒不恢復藍色．
②若滴定前溶液中的H₂O₂沒有除盡，所測定的Cu²⁺含量將會偏高（填“偏高”、“偏低”或“不變”）．
（3）已知pH＞11時Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-．下表列出了幾種離子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計算）．

	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Zn2+	5.9	9

實驗中可選用的試劑：30% H₂O₂、1.0mol•L^-1 HNO₃、1.0mol•L^-1 NaOH．
由除去銅的濾液制備ZnO的正確實驗步驟依次為：⑤④①②③⑥
①過濾；                
②調節溶液pH約為10（或8.9≤pH≤11），使Zn²⁺沉淀完全；
③過濾、洗滌、干燥；    
④調節溶液pH約為5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe³⁺沉淀完全；
⑤向濾液中加入適量30% H₂O₂，使其充分反應；    
⑥900℃煅燒；
（4）Zn（OH）₂的溶度積常數為1.2×10^-17（mol•L^-1）³，當Zn²⁺沉淀完全時，此時溶液中Zn²⁺的濃度為1.2×10^-7 mol•L^-1．

Answer 1

分析 利用廢舊電池的銅帽（Cu、Zn總含量約為99%）回收 Cu并制備ZnO，電池銅帽加入水過濾后除去溶于水的雜質，在固體中加入過氧化氫溶解，銅生成硫酸銅溶液，加熱煮沸將溶液中過量的H₂O₂除去，加入氫氧化鈉溶液調節溶液PH=2沉淀鐵離子，加入鋅灰（主要成分為Zn、ZnO，雜質為鐵及其氧化物），反應過濾得到海綿銅，沉淀鋅離子得到氫氧化鋅，分解得到氧化鋅；
（1）①酸性條件下Cu與過氧化氫發生氧化還原反應生成硫酸銅和水；
②過氧化氫加熱到153℃便猛烈的分解；
（2）①根據淀粉與碘單質作用變藍解答；
②根據H₂O₂+2I^-+2H⁺=I₂+2H₂O解答；
（3）滴加H₂O₂溶液，使Fe²⁺轉化完全為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；
（4）Ksp=c（Zn²⁺）•c²（OH^-）來計算離子濃度．

解答 解：（1）①因為雙氧水在酸性溶液中先把銅氧化成氧化銅，當然這是一個微弱的反應，形成一個平衡，但是形成的氧化銅馬上就會被稀硫酸溶解，平衡被打破，反應朝正方向進行，故而逐漸溶解，反應的化學方程式為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
故答案為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
②過氧化氫性質比較穩定，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）①淀粉溶液為指示劑，當最后一滴Na₂S₂O₃溶液滴入時，溶液藍色褪去，半分鐘顏色不變，說明滴定到達終點，
故答案為：淀粉溶液；藍色褪去且30秒不恢復藍色；
②若留有H₂O₂，加入KI后，會有以下反應：H₂O₂+2I^-+2H⁺=I₂+2H₂O誤當成2Cu²⁺+4I^-=2CuI（白色）↓+I₂ 生成的碘，使測定結果偏高，
故答案為：偏高；
（3）①向濾液中加入30%H₂O₂，使其充分反應，目的使Fe²⁺轉化完全為Fe³⁺，滴加NaOH溶液，調節溶液PH約為5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe³⁺沉淀完全，向濾液中滴加1.0mol•L^-1NaOH，調節溶液PH約為10（或8.9≤pH≤11），使Zn²⁺沉淀完全，900℃煅燒，制得氧化鋅，由除去銅的濾液制備ZnO的正確實驗步驟依次為：⑤④①②③⑥；
故答案為：⑤④①②③⑥；
（4）常溫下K_sp[Zn（OH）₂]=1.2×10^-17，Ksp=c（Zn²⁺）•c²（OH^-），調至pH=9即氫氧根離子濃度為10^-5mol/L，使溶液中的Zn²⁺完全轉化為Zn（OH）₂沉淀，此時溶液中的c（Zn²⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{1.2×1{0}^{-17}}{1{0}^{-10}}$=1.2×10^-7mol/L，故答案為：1.2×10^-7 mol•L^-1．

點評 本題主要考查實驗室廢棄舊電池的銅帽回收銅和制備ZnO，考查學生對綜合實驗處理能力，注意實驗方案的設計原理和步驟是解答的關鍵，平時注意打好扎實的基礎知識和靈活應用知識解決問題的能力培養，題目難度中等．