Question

13．活性氧化鋅是一種多功能的新型無機(jī)材料，某小組以粗氧化鋅（含鐵、銅的氧化物）為原料模擬工業(yè)生產(chǎn)活性氧化鋅，步驟如圖：

已知各相關(guān)氫氧化物沉淀pH范圍如下表所示：

	Zn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Cu（OH）2
開始沉淀pH	5.4	7.0	2.3	4.7
完全沉淀pH	8.0	9.0	4.1	6.7

完成下列填空：
（1）步驟I中所需25%稀硫酸可用98%濃硫酸（密度為1.84g/mL）配制，所需的儀器除玻璃棒、燒杯、量筒外，還需要D（選填編號）
A．天平　　　　B．滴定管　　　C．容量瓶　　　　D．膠頭滴管
（2）步驟Ⅱ中通過加入KMnO₄的作用是MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O（用離子方程式表示）；
（3）用ZnO調(diào)節(jié)pH，可以除去含鐵雜質(zhì)．檢驗(yàn)Fe³⁺是否沉淀完全的實(shí)驗(yàn)操作是取少量溶液，滴加KSCN溶液，無顏色變化，說明沉淀完全，反應(yīng)沉淀不完全，調(diào)節(jié)pH的適宜范圍是4.1～4.7；
（4）步驟Ⅲ中加入Zn粉的作用是：①除去溶液中的Cu²⁺；②進(jìn)一步調(diào)節(jié)溶液pH；
（5）步驟IV中使用熱NH₄HCO₃溶液能促進(jìn)Zn²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，但溫度不宜過高，其原因可能是NH₄HCO₃分解導(dǎo)致?lián)p失．
（6）用如下方法測定所得活性氧化鋅的純度：
①取1.000g活性氧化鋅，用15.00mL　1.000mol/L硫酸溶液完全溶解，滴入幾滴甲基橙，
②用濃度為0.500mol/L的標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液滴定剩余硫酸，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)消耗氫氧化鈉溶液12.00mL．
判斷滴定終點(diǎn)的方法是溶液顏色由紅色變?yōu)辄S色，且半分鐘不變色，所得活性氧化鋅的純度為97.2%；
（7）已知常溫下，CuS的溶度積常數(shù)K_sp=6.0×10^-36，物質(zhì)的量濃度為3.0×10^-3mol•L^-1Na₂S溶液與等體積的CuSO₄溶液中混合后立即產(chǎn)生沉淀，則CuSO₄的濃度最小為4.0×10^-33mol•L^-1．

Answer 1

分析 粗氧化鋅（含鐵、銅的氧化物）加入稀硫酸溶解，過濾，得到溶液中含有硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鋅，加入高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子為鐵離子，再加入氧化鋅調(diào)節(jié)溶液pH使溶液中鐵離子轉(zhuǎn)化沉淀過濾除去，再向?yàn)V液加入鋅可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)溶液pH，并還原銅離子為銅單質(zhì)，過濾除去，得到硫酸鋅溶液，加入碳酸氫銨碳化生成堿式碳酸鋅，加熱分解生成活性氧化鋅．
（1）粗略配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，溶液配制過程中需要的儀器有：玻璃棒、燒杯、量筒、膠頭滴管；
（2）加入高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子為鐵離子，自身被還原為錳離子，同時(shí)生成水；
（3）利用鐵離子遇到硫氰酸鉀溶液變紅色設(shè)計(jì)驗(yàn)證，由鐵離子沉淀完全與銅離子開始沉淀pH選擇；
（4）步驟III中加入Zn粉進(jìn)一步調(diào)節(jié)溶液pH，并還原銅離子為銅單質(zhì)，過濾除去；
（5）溫度過高，NH₄HCO₃容易分解；
（6）滴定終點(diǎn)溶液顏色由橙色變?yōu)辄S色，且半分鐘不變色；根據(jù)消耗氫氧化鈉計(jì)算硫酸與ZnO反應(yīng)后剩余氫離子物質(zhì)的量，再計(jì)算與ZnO反應(yīng)的氫離子物質(zhì)的量，根據(jù)ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O計(jì)算ZnO的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算活性氧化鋅的純度；
（7）計(jì)算混合后溶液中硫離子濃度，再根據(jù)Ksp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S²）計(jì)算沉淀是混合溶液中c（Cu²⁺），根據(jù)稀釋定律，可知硫酸銅溶液濃度等于混合溶液中銅離子濃度2倍．

解答 解：粗氧化鋅（含鐵、銅的氧化物）加入稀硫酸溶解，過濾，得到溶液中含有硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸鋅，加入高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子為鐵離子，再加入氧化鋅調(diào)節(jié)溶液pH使溶液中鐵離子轉(zhuǎn)化沉淀過濾除去，再向?yàn)V液加入鋅可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)溶液pH，并還原銅離子為銅單質(zhì)，過濾除去，得到硫酸鋅溶液，加入碳酸氫銨碳化生成堿式碳酸鋅，加熱分解生成活性氧化鋅．
（1）步驟I中所需25%稀硫酸可用98%濃硫酸（密度為1.84g/mL）配制，是粗略配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，在燒杯內(nèi)稀釋配制，所需的儀器有、燒杯、玻璃棒、量筒、膠頭滴管，
故答案為：D；
（2）加入高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子為鐵離子，自身被還原為錳離子，同時(shí)生成水，反應(yīng)離子方程式為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
（3）檢驗(yàn)沉淀是否完全方法：取少量溶液，滴加KSCN溶液，無顏色變化說明沉淀完全，用ZnO調(diào)節(jié)pH，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀而除去，由鐵離子沉淀完全與銅離子開始沉淀pH可知，調(diào)節(jié)溶液PH為4.1～4.7；
故答案為：取少量溶液，滴加KSCN溶液，無顏色變化，取少量溶液，滴加KSCN溶液，無顏色變化；4.1～4.7；
（4）步驟III中加入Zn粉進(jìn)一步調(diào)節(jié)溶液pH，并還原銅離子為銅單質(zhì)，過濾除去，
故答案為：除去溶液中的Cu²⁺；
（5）步驟IV中使用熱NH₄HCO₃溶液能促進(jìn)Zn²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，但溫度不宜過高，其原因可能是碳酸氫銨受熱易分解，
故答案為：NH₄HCO₃分解導(dǎo)致?lián)p失；
（6）滴定終點(diǎn)時(shí)溶液顏色由橙色變?yōu)辄S色，且半分鐘不變色；
根據(jù)H⁺+OH^-=H₂O可知，硫酸反應(yīng)后剩余氫離子物質(zhì)的量為0.500mol/L×0.0120L=0.006mol，ZnO反應(yīng)的氫離子物質(zhì)的量為=0.0150L×1.000mol/L×2-0.006mol=0.024mol，由ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O可知，ZnO的質(zhì)量為0.024mol×$\frac{1}{2}$×81g/mol=0.972g，則樣品純度為$\frac{0.972g}{1.000g}$×100%=97.2%，
故答案為：溶液顏色由橙色變?yōu)辄S色，且半分鐘不變色；97.2%；
（7）混合后溶液中c（S²）=3.0×10^-3mol•L^-1×$\frac{1}{2}$=1.5×10^-3mol•L^-1，根據(jù)Ksp（CuS）=c（Cu²⁺）×c（S²），可知沉淀時(shí)混合溶液中c（Cu²⁺）=$\frac{6.0×1{0}^{-36}}{1.5×1{0}^{-3}}$mol/L=4.0×10^-33mol•L^-1，根據(jù)稀釋定律，可知硫酸銅溶液濃度等于混合溶液中銅離子濃度2倍，即硫酸銅的濃度應(yīng)至少為8.0×10^-33mol•L^-1，
故答案為：4.0×10^-33mol•L^-1．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)、對操作的分析評價(jià)、物質(zhì)含量的沉淀、滴定計(jì)算、溶度積有關(guān)計(jì)算等，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．