Question

【題目】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(shí)驗(yàn)過程如下：

（1）寫出銅帽溶解時(shí)銅與加入的稀硫酸、30%H2O2反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式____；銅帽溶解完全后，需加熱(至沸)將溶液中過量的H2O2除去。

（2）為確定加入鋅灰(主要成分為Zn、ZnO，雜質(zhì)為鐵及其氧化物)的量，實(shí)驗(yàn)中需測(cè)定除去H2O2 后溶液中Cu2＋的含量。實(shí)驗(yàn)操作為：準(zhǔn)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(diào)節(jié)溶液pH=3～4，加入過量的KI，用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)。上述過程中反應(yīng)的離子方程式如下：2Cu2＋+4I－=2CuI(白色)↓+I2 2S2O32－+I2=2I－+S4O62－

①滴定選用的指示劑為____，滴定終點(diǎn)觀察到的現(xiàn)象為___；

②某同學(xué)稱取1.0g電池銅帽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到100.00mL含有Cu2＋的溶液，量取20.00mL上述含有Cu2＋的溶液于帶塞錐形瓶中，加適量水稀釋，調(diào)節(jié)溶液pH=3～4，加入過量的KI，用0.1000 mol·L-1Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)。再重復(fù)操作實(shí)驗(yàn)3次，記錄數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	1	2	3	4
V（Na2S2O3）(mL)	28.32	25.31	25.30	25.32

計(jì)算電池銅帽中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為____（結(jié)果保留四位有效數(shù)字），若滴定前溶液中的H2O2沒有除盡，則所測(cè)定c (Cu2＋)將會(huì)____(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)；

（3）常溫下，若向50mL 0.0001 mol·L-1CuSO4溶液中加入50mL0.00022 mol·L-1NaOH溶液， 生成了Cu (OH)2沉淀。計(jì)算沉淀生成的溶液的pH= ___（假設(shè)Cu2+被完全沉淀，混合后溶液體積不發(fā)生變化）；

（4）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1.0 mol·L-1計(jì)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	8.9

實(shí)驗(yàn)中可選用的試劑：30%H2O2、1.0 mol·L-1HNO3、1.0 mol·L-1NaOH。由除去銅的濾液制備ZnO 的實(shí)驗(yàn)步驟依次為：

①向?yàn)V液中加入適量30% H2O2，使其充分反應(yīng)；

②_______；

③過濾；

④______；

⑤過濾、洗滌、干燥；

⑥900℃煅燒。

Answer 1

【答案】Cu+H2O2+2H+＝Cu2++2H2O 淀粉溶液 滴入最后一滴標(biāo)準(zhǔn)溶液，溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且30s內(nèi)不恢復(fù) 80.99﹪或 0.8099 偏高 9 滴加1.0 mol·L-1NaOH，調(diào)溶液pH為3.2≤pH<5.9，使Fe3＋沉淀完全 向?yàn)V液中滴加1. 0 mol·L-1NaOH，調(diào)節(jié)溶液pH 為8. 9≤pH≤11，使Zn2＋沉淀完全

【解析】

利用廢舊電池的銅帽(Zn、Cu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(zhì)，在固體中加入稀硫酸酸化的過氧化氫溶解，銅生成硫酸銅溶液，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH=2沉淀鐵離子，加入鋅灰(主要成分為Zn、ZnO，雜質(zhì)為鐵及其氧化物)，反應(yīng)過濾得到海綿銅，沉淀鋅離子得到氫氧化鋅，熱分解得到到氧化鋅，據(jù)此判斷。

(1)雙氧水在酸性溶液中氧化銅轉(zhuǎn)化成硫酸銅，反應(yīng)的離子方程式為Cu+H2O2+2H+＝Cu2++2H2O；

（2）①由于碘遇淀粉顯藍(lán)色，可淀粉溶液為指示劑，則當(dāng)最后一滴Na2S2O3溶液滴入時(shí)，溶液藍(lán)色變?yōu)闊o色，且30s內(nèi)不恢復(fù)，說明滴定到達(dá)終點(diǎn)，故答案為：淀粉溶液；滴入最后一滴標(biāo)準(zhǔn)溶液，溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且30s內(nèi)不恢復(fù)；

②②根據(jù)題中數(shù)據(jù)可知，第一次數(shù)據(jù)偏差較大，為偶然誤差，應(yīng)去掉，所以Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為mL=25．31mL，則消耗的Na2S2O3的物質(zhì)的量為0．1000mol/L×0．02531L=0．002531mol，根據(jù)反應(yīng)2Cu2++4I-═2CuI（白色）↓+I2、2S2O32-+I2═2I-+S4O62-得關(guān)系式2Cu2+～I2～2S2O32-，根據(jù)關(guān)系可求得銅元素的質(zhì)量為0．002531mol××64g/mol=0．8099g，所以銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=80.99%；若留有H2O2，加入KI后，會(huì)有以下反應(yīng)：H2O2+2I-+2H+=I2+2H2O，誤當(dāng)成2Cu2++4I-=2CuI(白色)↓+I2生成的碘，使測(cè)定結(jié)果偏高，故答案為：80.99%；偏高；

（3）50mL 0.0001 mol·L-1CuSO4溶液與50mL0.00022 mol·L-1NaOH混合后n(Cu2+)=50 ×10-3L×0.0001 mol·L-1=5×10-6 mol，n(OH-) =50 ×10-3L×0.00022 mol·L-1=1.1×10-5 mol，則CuSO4溶液與NaOH溶液按1:2生成Cu (OH)2后氫氧根離子過量，過量的c(OH-)==1×10-5 mol/L，故溶液的pH==9；

（4）除去銅的濾液中含有Fe3＋、Fe2＋、Zn2＋等，若制備ZnO應(yīng)除去Fe3＋和Fe2＋。由表中信息可知，Fe2＋和Zn2＋開始沉淀和沉淀完全的pH均相差較小，但Fe3＋與Zn2＋開始沉淀和沉淀完全的pH均相差較大，故可加入30%H2O2將Fe2＋氧化成Fe3＋，再滴加NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH(3.2≤pH＜5.9)，使Fe3＋沉淀完全，此時(shí)Zn2＋不產(chǎn)生沉淀，充分反應(yīng)后過濾，向?yàn)V液中滴加NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH(8.9≤pH≤11)，使Zn2＋產(chǎn)生Zn(OH)2沉淀，并對(duì)Zn(OH)2沉淀進(jìn)行洗滌、干燥、煅燒，即可得到ZnO，故答案為：滴加1.0 mol·L-1NaOH，調(diào)溶液pH為3.2≤pH<5.9，使Fe3＋沉淀完全；向?yàn)V液中滴加1. 0 mol·L-1NaOH，調(diào)節(jié)溶液pH 為8. 9≤pH≤11，使Zn2＋沉淀完全。