Question

废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。实验室利用废旧黄铜(Cu、Zn合金，含少量杂质Fe)制备胆矾晶体(CuSO₄·5H₂O)及副产物ZnO。制备流程图如下：

已知：Zn及化合物的性质与Al及化合物的性质相似，Zn(OH)₂能溶于NaOH溶液。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L^-1计算)。

	Fe^3+	Fe^2+	Zn^2+
开始沉淀的pH	1.1	5.8	5.9
沉淀完全的pH	3.0	8.8	8.9

请回答下列问题：

（1）实验中的过滤操作所用到的玻璃仪器为____________________。

（2）加入ZnO调节pH=a的目的是____________________，a的范围是___________。

（3）由不溶物E生成溶液D的化学方程式为______________________________。

（4）由溶液D制胆矾晶体包含的主要操作步骤是___________，__________，过滤。

（5）若在滤液C中逐滴加入盐酸直到过量，则产生的现象是______________________________。

（6）若废旧黄铜的质量为a g，最终得到的胆矾晶体为b g，则该黄铜中铜元素的质量分数为_____________。

Answer

玻璃棒、烧杯、漏斗 使溶液中的Fe3+完全沉淀，Zn2+不被沉淀 3.0~5.9 2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O 蒸发浓缩 冷却结晶 先产生白色沉淀后沉淀溶解 或％

【解析】由流程可知，废旧黄铜（Cu、Zn合金，含少量杂质Fe）制备胆矾晶体（CuSO4•5H2O）及副产物ZnO，废旧黄铜加入过量稀硫酸过滤得到不溶物E为Cu，滤液A为硫酸亚铁、硫酸锌，滤液A中加入过氧化氢氧化剂氧化亚铁离子为铁离子，加入氧化锌调节溶液pH使铁离子全部沉淀，锌离子不沉淀，过滤得到滤液中加入碱溶液沉淀锌离子生成氢氧化锌，灼烧得到氧化锌；或滤液A中加入过量试剂Y为氢氧化钠溶液，亚铁离子全部沉淀，过滤后的滤液中为Na2ZnO2，加入酸反应生成氢氧化锌沉淀，灼烧得到氧化锌；不溶物E中通入氧气同时加入稀硫酸溶液反应生成硫酸铜溶液，蒸发浓缩，冷却结晶得到硫酸铜晶体；

（1）实验中的过滤操作所用到的玻璃仪器为玻璃棒、烧杯、漏斗；（2）氧化锌为碱性氧化物，能与H+反应，降低H+浓度，促使Fe3+彻底水解生成 Fe（OH）3沉淀而除去；铁离子完全沉淀的pH=3.0，锌开始沉淀的pH=5.9，所以满足沉淀铁离子，锌离子不沉淀的pH取值范围为：3.0≤a＜5.9；（3）因为氧气在酸性溶液中先把铜氧化成氧化铜，当然这是一个微弱的反应，形成一个平衡，但是形成的氧化铜马上就会被稀硫酸溶解，平衡被打破，反应朝正方向进行，故而逐渐溶解，反应的化学方程式为：2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O；（4）由溶液D制胆矾晶体是从溶液中得到固体，实验操作需要蒸发浓缩、冷却结晶以及过滤等操作；（5）Zn及化合物的性质与Al及化合物的性质相似，氢氧化锌具有两性，Zn（OH）2能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）4]2-，因此若在滤液C中逐滴加入盐酸直到过量，则产生的现象是先产生白色沉淀后溶解；（6）若废旧黄铜的质量为a g，最终得到的胆矾晶体为b g，则根据铜原子守恒可知该黄铜中铜元素的质量分数为。

点睛：本题考查制备实验方案的设计，考查学生对综合实验处理能力，注意实验方案的设计原理和步骤是解答的关键，难点是反应条件控制，例如溶液pH的控制等，注意从铝及其化合物的性质去理解锌及其化合物的性质，注意掌握知识的迁移灵活应用。