Question

15．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：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；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   2S₂O₃^2-+I₂=2I^-+S₄O₆^2-
①滴定選用的指示劑為淀粉溶液，滴定終點(diǎn)觀察到的現(xiàn)象為藍(lán)色褪去；
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0.1000mol/L Na₂S₂O₃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80.99%，（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)偏大（填“偏高”、“偏低”或“無(wú)影響”）；
（3）常溫下，若向50mL 0.0001mol/L CuSO₄溶液中加入50mL0.00022mol/LNaOH溶液，生成了沉淀．已知K_SP[Cu （OH）₂]=2.0×10^-20（mol/L）³，計(jì)算沉淀生成后溶液中c（Cu²⁺）=2×10^-10  mol/L；
（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1.0mol•L^-1計(jì)算）．

	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	1.8	8.8
Zn2+	5.9	8.9

實(shí)驗(yàn)中可選用的試劑：30%H₂O₂、1.0mol•L^-1HNO₃、1.0mol•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；③過濾；
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；⑤過濾、洗滌、干燥；⑥900℃煅燒．

Answer 1

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，
（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）①根據(jù)淀粉與碘單質(zhì)作用變藍(lán)解答；
②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$\frac{25.31+25.30+25.32}{3}$mL=25.31mL，則消耗的Na₂S₂O₃的物質(zhì)的量為0.1000mol/L×0.02531L=0.002531Lmol，根據(jù)反應(yīng)2Cu²⁺+4I^-═2CuI（白色）↓+I₂、2S₂O₃^2-+I₂═2I^-+S₄O₆^2-得關(guān)系式2Cu²⁺～I(xiàn)₂～2S₂O₃^2-，根據(jù)關(guān)系可求得銅元素的質(zhì)量，進(jìn)而確定銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，若滴定前溶液中的H₂O₂沒有除盡，則加入碘離子后雙氧水氧化碘離子產(chǎn)生的碘單質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗偏大，據(jù)此分析；
（3）常溫下，若向50mL 0.0001mol/L CuSO₄溶液中加入50mL0.00022mol/LNaOH溶液，生成氫氧化銅沉淀，溶液中剩余的氫氧化鈉的物質(zhì)的量濃度為$\frac{50mL×0.00022mol/L-2×50mL×0.0001mol/L}{100mL}$=0.00001mol/L，根據(jù)c（Cu²⁺）=$\frac{K{\;}_{SP[Cu（OH）_{2}]}}{c{\;}^{2}（OH{\;}^{-}）}$進(jìn)行計(jì)算；
（4）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）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)的離子方程式為：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；
故答案為：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；
（2）①淀粉溶液為指示劑，當(dāng)最后一滴Na₂S₂O₃溶液滴入時(shí)，溶液藍(lán)色褪去，半分鐘顏色不變，說明滴定到達(dá)終點(diǎn)，
故答案為：淀粉溶液；藍(lán)色褪去；
②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$\frac{25.31+25.30+25.32}{3}$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、2S₂O₃^2-+I₂═2I^-+S₄O₆^2-得關(guān)系式2Cu²⁺～I(xiàn)₂～2S₂O₃^2-，根據(jù)關(guān)系可求得銅元素的質(zhì)量為0.002531mol×$\frac{100}{20}$×64g/mol=0.8099g，所以銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.8099}{1}$×100%=80.99%，若滴定前溶液中的H₂O₂沒有除盡，則加入碘離子后雙氧水氧化碘離子產(chǎn)生的碘單質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗偏大，則所測(cè)定c （Cu²⁺）將會(huì)偏大，
故答案為：80.99%；偏大；
（3）常溫下，若向50mL 0.0001mol/L CuSO₄溶液中加入50mL0.00022mol/LNaOH溶液，生成氫氧化銅沉淀，溶液中剩余的氫氧化鈉的物質(zhì)的量濃度為$\frac{50mL×0.00022mol/L-2×50mL×0.0001mol/L}{100mL}$=0.00001mol/L，所以c（Cu²⁺）=$\frac{K{\;}_{SP[Cu（OH）_{2}]}}{c{\;}^{2}（OH{\;}^{-}）}$=$\frac{2.0×10{\;}^{-20}}{0.0000{1}^{2}}$mol/L=2×10^-10mol/L，
故答案為：2×10^-10；
（4）由除去銅的濾液制備ZnO 的實(shí)驗(yàn)步驟依次為：①①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⁺；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，③過濾，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，⑤過濾、洗滌、干燥；⑥900℃煅燒，制得氧化鋅，
故答案為：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．