Question

廢棄物的綜合利用既有利于節約資源，又有利于保護環境。實驗室利用廢舊黃銅(Cu、Zn合金，含少量雜質Fe)制備膽礬晶體(CuSO₄·5H₂O)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，pH＞11時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計算)。

	Fe3＋	Fe2＋	Zn2＋
開始沉淀的pH	1.1	5.8	5.9
沉淀完全的pH	3.0	8.8	8.9

 
請回答下列問題：
（1）試劑X可能是__________，其作用是____________________。
（2）加入ZnO調節pH=3～4的目的是____________________。
（3）由不溶物生成溶液D的化學方程式為______________________________。
（4）由溶液D制膽礬晶體包含的主要操作步驟是______________________________。
（5）下列試劑可作為Y試劑的是______。
A．ZnO  B．NaOH C．Na₂CO₃    D．ZnSO₄
若在濾液C中逐滴加入鹽酸直到過量，則產生的現象是______________________________。
（6）測定膽礬晶體的純度(不含能與I^－發生反應的氧化性雜質)：準確稱取0.5000g膽礬晶體置于錐形瓶中，加適量水溶解，再加入過量KI，用0.1000mol·L^－1Na₂S₂O₃標準溶液滴定至終點，消耗Na₂S₂O₃標準溶液19.40mL。已知：上述滴定過程中的離子方程式如下：
2Cu^2＋＋4I^－2CuI(白色)↓＋I₂，I₂＋2S₂O₃^2－2I^－＋S₄O₆^2－
①膽礬晶體的純度為_______________。
②在滴定過程中劇烈搖動(溶液不外濺)錐形瓶，則所測得的純度將會__________(填“偏高”、“偏低”或“不變”)。

Answer 1

（1）H₂O₂（新制氯水等氧化劑，其它合理答案也給分）（1分），將 Fe²⁺氧化為 Fe³⁺（2分）
（2）與H⁺反應，降低H⁺濃度，促使Fe³⁺徹底水解生成 Fe(OH)₃沉淀而除去。（2分）
（3）Cu+H₂O₂+H₂SO₄ =CuSO₄+2H₂O（2分）
（4）蒸發濃縮、冷卻結晶、抽濾（2分）
（5）B（1分），先產生白色沉淀后溶解（1分）（6）①97.00% （2分）②偏高（2分）

試題分析：（1）廢舊黃銅加足量稀硫酸，過濾，濾液中含有Fe^2＋、Fe^3＋、Zn^2＋,不溶物是銅。試劑X的作用是將Fe^2＋氧化成Fe^3＋，所以選擇綠色氧化劑雙氧水。
（2）加入ZnO調節pH=3～4的目的是與H⁺反應，降低H⁺濃度，促使Fe³⁺徹底水解生成 Fe(OH)₃沉淀而除去；
（3）根據不溶物是銅，目的是制備膽礬，寫出方程式Cu+H₂O₂+H₂SO₄ =CuSO₄+2H₂O；
（4）從溶液中分離出硫酸銅晶體應為蒸發濃縮、冷卻結晶、抽濾；
（5）因為pH>11，Y試劑的目的是讓_Zn(OH)2全部生成[Zn(OH)₄]^2－，所以Y試劑選用NaOH，濾液C的主要成分是[Zn(OH)₄]^2－，逐滴加入鹽酸直到過量，跟AlO₂^－溶液中逐滴加入鹽酸直到過量進行類推，所以產生的現象是先產生白色沉淀后溶解；
（6）①2 CuSO₄·5H₂O   ~      2Cu^2＋  ~    I₂     ~     2S₂O₃^2－
1.94×10^－3mol                              19.40mL×10^－3×0.1000mol·L^－1     
膽礬晶體的質量 1.94×10^－3mol ×250g·mol^－1＝0.485g
膽礬晶體的純度為0.485g/0.5000g＝97.00%
②因為滴定過程中劇烈搖晃錐形瓶會使一部分滴定液殘留在玻璃壁上，導致滴定過程中消耗更多的滴定液，所以測得的純度也會偏高。