Question

9．利用廢舊鋅鐵皮制備磁性Fe₃O₄膠體粒子及副產物ZnO．制備流程圖如下：

已知：Zn及化合物的性質與Al及化合物的性質相似，K_sp（Zn（OH）₂）=1.0×10^-17．請回答下列問題：
（1）已知溶液A中鋅轉化為鋅酸鈉（Na₂ZnO₂），寫出鋅與NaOH溶液反應的化學方程式Zn+2NaOH=Na₂ZnO₂+H₂↑．
（2）調節溶液A的pH最小為8可使Zn²⁺沉淀完全，Zn（OH）₂沉淀制得ZnO，后續操作步驟是過濾、洗滌、灼燒．
（3）調節溶液pH=1-2，加適量的H₂O₂，反應的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）Fe₃O₄膠體粒子不能用減壓過濾法實現固液分離理由是膠體粒子太小，過濾時容易透過濾紙．
（5）用重鉻酸鉀法（一種氧化還原滴定法）可測定產物Fe₃O₄中的二價鐵含量，應用稀硫酸酸溶解Fe₃O₄．若需配制濃度為0.01000mol•L^-1的K₂Cr₂O₇標準溶液250mL，下列儀器中不必要用到的有③⑦．（用編號表示）．
①電子天平  ②燒杯  ③錐形瓶  ④玻璃棒  ⑤容量瓶  ⑥膠頭滴管 ⑦移液管
稱取a g Fe₃O₄樣品，滴定終點消耗0.01000mol•L^-1的K₂Cr₂O₇標準溶液b mL，則Fe₃O₄樣品純度為$\frac{1.392×10{\;}^{-2}b}{a}$×100%（K₂Cr₂O₇的還原產物為Cr³⁺，Fe₃O₄式量為232）．

Answer 1

分析 廢舊鍍鋅鐵皮加入氫氧化鈉溶液中反應，鋅溶解生成偏鋅酸鈉和氫氣，鐵不溶解，過濾得到濾液A為Na₂ZnO₂，不溶物為Fe，溶液A調節pH使溶液中ZnO₂^2-轉化為Zn（OH）₂沉淀，再經過抽濾、洗滌、干燥，灼燒得到ZnO．不溶物Fe中加入硫酸，反應生成硫酸亞鐵，調節溶液PH=1～2，并加入適量過氧化氫，氧化部分亞鐵離子為鐵離子，得到含Fe²⁺、Fe³⁺的B溶液，再加入氫氧化鈉溶液，加熱分解生成四氧化三鐵膠體粒子．
（1）已知溶液A中鋅轉化為鋅酸鈉（Na₂ZnO₂），是鋅和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋅酸鈉和氫氣；
（2）氫氧化鋅完全沉淀依據溶度積常數計算溶液PH，調節溶液A的pH可產生Zn（OH）₂沉淀，過濾就可以得到氫氧化鋅沉淀，高溫灼燒氫氧化鋅分解得到ZnO；
（3）調節溶液pH=1-2，加適量的H₂O₂氧化部分亞鐵離子為鐵離子；
（4）Fe₃O₄膠體粒子能透過濾紙；
（5）重鉻酸鉀是強氧化劑，酸化所需酸不能具有強氧化性、不能具有還原性，根據溶液濃度的精度，應選擇電子天平用于稱量固體質量，燒杯用于溶解固體，玻璃棒用于攪拌和引流操作，容量瓶用于配置溶液，膠頭滴管用于加水定容；
稱取ag Fe₃O₄樣品，滴定終點消耗0.01000mol•L^-1的K₂Cr₂O₇標準溶液bmL，依據反應的離子方程式中的定量關系計算，6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，6Fe₃O₄～6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-，據此計算純度．

解答 解：廢舊鍍鋅鐵皮加入氫氧化鈉溶液中反應，鋅溶解生成偏鋅酸鈉和氫氣，鐵不溶解，過濾得到濾液A為Na₂ZnO₂，不溶物為Fe，溶液A調節pH使溶液中ZnO₂^2-轉化為Zn（OH）₂沉淀，再經過抽濾、洗滌、干燥，灼燒得到ZnO．不溶物Fe中加入硫酸，反應生成硫酸亞鐵，調節溶液PH=1～2，并加入適量過氧化氫，氧化部分亞鐵離子為鐵離子，得到含Fe²⁺、Fe³⁺的B溶液，再加入氫氧化鈉溶液，加熱分解生成四氧化三鐵膠體粒子，
（1）已知溶液A中鋅轉化為鋅酸鈉（Na₂ZnO₂），是鋅和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋅酸鈉和氫氣，反應的化學方程式為：Zn+2NaOH=Na₂ZnO₂+H₂↑，故答案為：Zn+2NaOH=Na₂ZnO₂+H₂↑；
（2）氫氧化鋅完全沉淀依據溶度積常數計算溶液PH，當鋅離子濃度小于10^-5mol/L，沉淀完全，K_sp（Zn（OH）₂）=c（Zn²⁺）c²（OH^-）=1.0×10^-17 ，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.0×10{\;}^{-17}}{1×10{\;}^{-5}}}$=10^-6mol/L，c（H⁺）=$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-6}}$=10^-8mol/L，PH=-lg10^-8=8，調節溶液A的pH可產生Zn（OH）₂沉淀，過濾就可以得到氫氧化鋅沉淀，洗滌除去附著的離子，高溫灼燒氫氧化鋅分解得到ZnO，
故答案為：8；過濾；
（3）流程分析可知調節溶液pH=1-2，加適量的H₂O₂氧化部分亞鐵離子為鐵離子得到B溶液為鐵離子和亞鐵離子的混合溶液，反應的離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）Fe₃O₄膠體粒子能透過濾紙，所以不能用過濾的方法實現固液分離，
故答案為：膠體粒子太小，過濾時容易透過濾紙；
（5）重鉻酸鉀是強氧化劑，酸化所需酸不能具有強氧化性、不能具有還原性，所以應選擇稀硫酸，根據溶液濃度的精度，應選擇電子天平用于稱量固體質量，燒杯用于溶解固體，玻璃棒用于攪拌和引流操作，容量瓶用于配置溶液，膠頭滴管用于加水定容．故用不到的儀器為量筒和移液管，
稱取ag Fe₃O₄樣品，滴定終點消耗0.01000mol•L^-1的K₂Cr₂O₇標準溶液bmL，
6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
6Fe₃O₄～6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-，
6                 1
n              0.01000mol•L^-1 ×b×10^-3L
n=0.06b×10^-3mol，
據此計算純度=$\frac{0.06b×10{\;}^{-3}mol×232g/mol}{ag}$×100%=$\frac{1.392×10{\;}^{-2}b}{a}$×100%，
故答案為：稀硫酸；③⑦；$\frac{1.392×10{\;}^{-2}b}{a}$×100%．

點評 本題以“廢舊鍍鋅鐵皮可制備磁性Fe₃O₄膠體粒子及副產物ZnO”為載體，考查實驗基本操作和技能，涉及標準溶液的配制及滴定的誤差分析、對信息的利用、實驗條件的控制等，試題難度中等，是對學生綜合能力的考查，需要學生基本知識的基礎與分析問題、解決問題的能力．