Question

實(shí)驗(yàn)室用粗鋅和稀硫酸反應(yīng)的制氫廢液中含有大量的硫酸鋅．因粗鋅中常含有鐵等雜質(zhì)，溶液中混有一定量的硫酸亞鐵．為充分利用制氫廢液，某�；瘜W(xué)興趣小組以制氫氣的廢液為原料來制取皓礬（ZnSO₄?7H₂O）并探究其性質(zhì)．
（1）制備皓礬的實(shí)驗(yàn)流程如圖所示．
已知：開始生成氫氧化物沉淀到沉淀完全的pH范圍分別為：
Fe（OH）₃：2.7～3.7；Fe（OH）₂：7.6～9.6；Zn（OH）₂：5.7～8.0．
試回答下列問題：
①實(shí)驗(yàn)室常用粗鋅和稀硫酸反應(yīng)而不用純鋅和稀硫酸反應(yīng)制氫氣，除了純鋅成本較高外，還有一重要原因是

 

．
②試劑E供選擇使用的有：Zn粉、ZnO、Zn（OH）₂、ZnCO₃、ZnSO₄等，應(yīng)選用

 

，其理由是

 

．
③從晶體1→晶體2，該過程的名稱是

 

．
④在得到皓礬時，向晶體中加入少量酒精洗滌而不用水的原因是

 

．
（2）探究ZnSO₄?7H₂O的性質(zhì)
⑤稱取28.7g  ZnSO₄?7H₂O研細(xì)后置于坩堝中小心加熱，測得殘留固體的質(zhì)量與溫度的對應(yīng)數(shù)據(jù)見下表：

溫度（℃）	60	240	930	1000
殘留固體質(zhì)量（g）	19.7	16.1	8.1	8.1

試寫出ZnSO₄?7H₂O加熱到1000℃時的反應(yīng)方程式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）化學(xué)實(shí)驗(yàn)室通常用粗鋅和稀硫酸反應(yīng)制氫氣，因此在制氫廢液中含有大量的硫酸鋅．同時，由于粗鋅中還含有鐵等雜質(zhì)，溶于酸后生成亞鐵離子鋅離子，依據(jù)開始生成氫氧化物沉淀到沉淀完全的pH范圍分別為：Fe（OH）₃：2.7-3.7Fe（OH）₂：7.6-9.6 Zn（OH）₂：5.7-8，直接沉淀亞鐵離子，鋅離子也會全部全部沉淀，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵�求，除去亞鐵離子需要先把亞鐵離子氧化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH使三價鐵離子全部沉淀，此時鋅離子不沉淀，來實(shí)現(xiàn)分離，加入的氧化劑不能引入新的雜質(zhì)，通常用20%的H₂O₂ 然后加入，ZnO[ZnCO₃或Zn（OH）₂）]以調(diào)節(jié)溶液的pH至3.7-5.7，使得Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，同時避免引入新的雜質(zhì)，過濾后將濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得到ZnSO₄?7H₂O，洗滌晶體時，為避免晶體溶解，可用酒精進(jìn)行洗滌；
（2）根據(jù)ZnSO₄?7H₂O加熱到1000℃時所的固體的質(zhì)量情況來確定成分．

解答： 解：（1）①粗鋅中含有鐵，與稀硫酸反應(yīng)時可形成鐵、鋅原電池反應(yīng)，可加快反應(yīng)速率，
故答案為：粗鋅中的含有的雜質(zhì)可與鋅形成原電池，可加快鋅與硫酸的反應(yīng)速率；
②試劑2是用來調(diào)節(jié)溶液PH到至3.7-5.7，目的讓鐵離子全部沉淀，除雜實(shí)驗(yàn)不能引入新的雜質(zhì)；Zn粉會把氧化得到的鐵離子還原，起不到除去的作用，ZnO、Zn（OH）₂、ZnCO₃可以反應(yīng)調(diào)節(jié)溶液PH到至3.7-5.7，使鐵離子沉淀，同時不引入新的雜質(zhì)，ZnSO₄不能調(diào)節(jié)溶液PH，且引入雜質(zhì)硫酸根離子，
故答案為：ZnO[ZnCO₃或Zn（OH）₂）]；調(diào)節(jié)溶液的pH至3.7-5.7，使得Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，同時避免引入新的雜質(zhì)；
③晶體溶解再結(jié)晶是提純晶體的方法為重結(jié)晶故答案為：重結(jié)晶；
④洗滌晶體表面的雜質(zhì)離子，同時減少皓釩晶體的損失；在得到皓礬時，向晶體中加入少量酒精洗滌而不用水的原因是，晶體溶于水，不溶于酒精，所以目的是為了沖洗掉晶體表面的雜質(zhì)離子；防止晶體溶解，影響產(chǎn)率，
故答案為：為了沖洗掉晶體表面的水及雜質(zhì)離子；防止晶體溶解，影響產(chǎn)率；
（2）⑤28.7g ZnSO₄?7H₂O中m（H₂O）=

28.7g

287g/mol

×7×18g/mol=12.6g，
如全部失去結(jié)晶水，則m（ZnSO₄）=28.7g-12.6g=16.1g，由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)加熱到240℃時，剩余固體為ZnSO₄，當(dāng)加熱到930℃時，固體質(zhì)量不變，則應(yīng)生成ZnO，且m（ZnO）=0.1mol×81g/mol=8.1g，
則分解的方程式為ZnSO₄?7H₂O

1000℃  .

ZnO+SO₃↑+7H₂O↑，
故答案為：ZnSO₄?7H₂O

1000℃  .

ZnO+SO₃↑+7H₂O↑．

點(diǎn)評：本題綜合考查物質(zhì)的制備、分離、提純等知識，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，為高考常見題型，注意把握實(shí)驗(yàn)的操作原理和步驟，把握相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)，難度中等．