Question

某小型化工廠生產(chǎn)皓礬（ZnSO₄?7H₂O）的工藝流程如圖所示：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）加入的試劑①應(yīng)是

 

，其目的是

 

．
（2）加入的試劑②，供選擇使用的有：氯水、NaClO溶液、20% H₂O₂溶液、濃硫酸、濃硝酸等，應(yīng)選用

 

，其理由是

 

．
（3）加入的試劑③是

 

，目的是

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,物質(zhì)分離、提純的實驗方案設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：由制備流程可知，在①中加入過量的鐵粉，發(fā)生反應(yīng)：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺和Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，過濾，除去銅和剩余的鐵粉，則溶液A中含有的金屬離子是Fe²⁺和Zn²⁺．由信息中金屬離子轉(zhuǎn)化為沉淀的pH可知，需先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后再將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀除去，在選擇氧化劑時，既要能氧化Fe²⁺又不引入新的雜質(zhì)，不宜選用Cl₂、KMnO₄、HNO₃等氧化劑，加入的試劑②為雙氧水（H₂O₂的水溶液）最適宜．只要調(diào)整溶液的pH在2.7～5.7的范圍內(nèi)，F(xiàn)e³⁺可以完全沉淀而除去，Zn²⁺不會沉淀，加入的試劑③可以是ZnCO₃，能控制pH在5.7附近，且不引入雜質(zhì)離子，則濾液成為硫酸鋅，蒸發(fā)濃縮，冷卻后進(jìn)行結(jié)晶得到皓礬．沉淀A中含F(xiàn)e、Cu，則加④為稀硫酸，沉淀D為Cu，濾液D含硫酸亞鐵與濾液A合并，以此來解答．

解答： 解：由制備流程可知，在①中加入過量的鐵粉，發(fā)生反應(yīng)：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺和Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，過濾，除去銅和剩余的鐵粉，則溶液A中含有的金屬離子是Fe²⁺和Zn²⁺．由信息中金屬離子轉(zhuǎn)化為沉淀的pH可知，需先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后再將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀除去，在選擇氧化劑時，既要能氧化Fe²⁺又不引入新的雜質(zhì)，不宜選用Cl₂、KMnO₄、HNO₃等氧化劑，加入的試劑②為雙氧水（H₂O₂的水溶液）最適宜．只要調(diào)整溶液的pH在2.7～5.7的范圍內(nèi)，F(xiàn)e³⁺可以完全沉淀而除去，Zn²⁺不會沉淀，加入的試劑③可以是ZnCO₃，能控制pH在5.7附近，且不引入雜質(zhì)離子，則濾液成為硫酸鋅，蒸發(fā)濃縮，冷卻后進(jìn)行結(jié)晶得到皓礬．沉淀A中含F(xiàn)e、Cu，則加④為稀硫酸，沉淀D為Cu，濾液D含硫酸亞鐵與濾液A合并，
（1）加入的試劑①應(yīng)是Fe，目的是除去銅離子，故答案為：Fe；除去銅離子；
（2）由上述制備流程可知，需先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后再將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀除去，在選擇氧化劑時，既要能氧化Fe²⁺又不引入新的雜質(zhì)，不宜選用氯水、NaClO溶液、濃硫酸、濃硝酸等氧化劑，加入的試劑②為雙氧水（H₂O₂的水溶液）最適宜，
故答案為：20% H₂O₂溶液； 將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
（3）只要調(diào)整溶液的pH在2.7～5.7的范圍內(nèi)，F(xiàn)e³⁺可以完全沉淀而除去，Zn²⁺不會沉淀，加入的試劑③是ZnCO₃，能控制pH在5.7附近，且不引入雜質(zhì)離子，
故答案為：ZnCO₃； 能控制pH在5.7附近，且不引入雜質(zhì)離子．

點評：本題考查制備實驗方案的設(shè)計，為高頻考點，把握流程中的反應(yīng)及混合物分離方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析、實驗?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．