Question

10．铁酸锌（ZnFe₂O₄）是对可见光敏感的半导体催化剂，其实验室制备原理为：
Zn²⁺+2Fe²⁺+3C₂O₄^2-+6H₂O$\frac{\underline{\;75℃\;}}{\;}$ ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O↓  …（a）
ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ ZnFe₂O₄+2CO₂↑+4CO↑+6H₂O …（b）
已知：ZnC₂O₄和FeC₂O₄难溶于水．
（1）上述制备原理中不属于氧化还原反应的是a（选填：“a”或“b”）．
（2）制备ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O时，可选用的药品有：
Ⅰ．（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂OⅡ．ZnSO₄•7H₂OⅢ．（NH₄）₂C₂O₄•7H₂O．
①称量药品时，必须严格控制n（Fe²⁺）/n （Zn²⁺）=2：1．
②选用的加料方式是c（填字母）．
a．按一定计量比，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ同时加入反应器并加水搅拌，然后升温至75℃．
b．按一定计量比，Ⅰ、Ⅲ同时加入反应器加水配成溶液，然后加入Ⅱ，再升温到75℃．
c．按一定计量比，将Ⅰ、Ⅱ混合并配成溶液甲，Ⅲ另配成溶液乙，甲、乙同时加热到
75℃，然后将乙溶液缓慢加入甲溶液中，并持续搅拌．
（3）从溶液中分离出ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O需过滤、洗涤．已洗涤完全的依据是取最后一次洗涤滤液，滴入1-2滴盐酸酸化的BaCl₂溶液，若不出现白色沉淀，表示已洗净．
（4）ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O热分解需用酒精喷灯，还用到的硅酸盐质仪器有坩埚、泥三角、玻璃棒．
（5）某化学课外小组拟用废旧干电池锌皮（含杂质铁），结合图信息从提供的试剂中选取适当试剂，制取纯净的ZnSO₄•7H₂O．

实验步骤如下：
 ①将锌片完全溶于稍过量的3mol•L^-1稀硫酸，加入A（选填字母，下同）．
A．30%H₂O₂B．新制氯水       C．FeCl₃溶液     D．KSCN溶液
②加入C．
A．纯锌粉B．纯碳酸钙粉末   C．纯ZnO粉末   D．3mol•L^-1稀硫酸
③加热到60℃左右并不断搅拌．
④趁热过滤得ZnSO₄溶液，再蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥．
其中步骤③加热的主要目的是促进Fe³⁺水解转化为沉淀，并使过量的H₂O₂分解除去．

Answer 1

分析 （1）判断反应是否属于氧化还原反应的依据是：分析有无元素化合价变化；
（2）①由化学式ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O知，Zn²⁺和Fe²⁺个数比为1：2；
②由反应（a）知，反应温度75℃，为避免草酸锌、草酸亚铁等副产物的生成，先应将反应物温度都加热到75℃，然后再混合；
（3）从溶液中分离出ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O中含有NH₄⁺、SO₄^2-等杂质离子，可以检验滤液中是否含有SO₄^2-；
（4）根据固体受热分解的实验操作分析；
（5）①废旧干电池锌皮（含杂质铁），将锌片完全溶于稍过量的3 mol•L^-1稀硫酸，所得溶液中含有杂质离子Fe²⁺，必须将其除去，结合图象所给信息Zn²⁺和Fe²⁺难以分离，必须先将Fe²⁺氧化为Fe³⁺再进行分离，为不引进新的杂质，选用30%H₂O₂作氧化剂；
②分离Zn²⁺和Fe³⁺的方法结合图象可用盐类水解原理通过调节pH的方法进行除杂；
③因盐类水解为吸热反应，H₂O₂受热易分解．

解答 解：（1）判断反应是否属于氧化还原反应的依据是：分析有无元素化合价变化，
反应（a）中无元素化合价变化，不属于氧化还原反应；
反应（b）中铁元素的化合价由+2价变为+3价，碳元素的化合价由-3价部分变为+2价，部分变为+4价，属于氧化还原反应；
故答案为：a；
（2）①由化学式ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O知，Zn²⁺和Fe²⁺个数比为1：2，所以称量药品时，必须严格控制n（Fe²⁺）/n（Zn²⁺）=2：1；
故答案为：2：1；
②由反应（a）知，反应温度75℃，为避免草酸锌、草酸亚铁等副产物的生成，先应将反应物温度都加热到75℃，然后再混合，选用的加料方式是：按一定计量比，将Ⅰ、Ⅱ混合并配成溶液甲，Ⅲ另配成溶液乙，甲、乙同时加热到75℃，然后将乙溶液缓慢加入甲溶液中，并持续搅拌，故c正确；
故答案为：c；
（3）根据题意知，从溶液中分离出ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O中含有NH₄⁺、SO₄^2-等杂质离子，所以判断晶体已洗涤干净的依据可为：取最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴盐酸酸化的BaCl₂溶液，若不出现白色沉淀，表示已洗涤完全；
故答案为：取最后一次洗涤滤液，滴入1-2滴盐酸酸化的BaCl₂溶液，若不出现白色沉淀，表示已洗净；
（4）ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O热分解实验基本操作为固体的灼烧，用到的仪器有酒精喷灯（或酒精灯）、三脚架、泥三角、坩埚、玻璃棒、坩埚钳等，结合题给要求还用到的硅酸盐质仪器有泥三角、坩埚、玻璃棒；
故答案为：坩埚、泥三角、玻璃棒；
（5）①据题意用废旧干电池锌皮（含杂质铁）制取纯净的ZnSO₄溶液实验流程为用硫酸酸溶、除杂．由实验步骤①将锌片完全溶于稍过量的3 mol•L^-1稀硫酸发生的反应为Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，所得溶液中含有杂质离子Fe²⁺，必须将其除去，结合图象所给信息Zn²⁺和Fe²⁺难以分离，必须先将Fe²⁺氧化为Fe³⁺再进行分离，所以要加过氧化氢氧化亚铁离子；
故答案为：A；
②分离Zn²⁺和Fe³⁺的方法结合图象可用盐类水解原理通过调节pH的方法进行除杂，为防止引进杂质可用纯ZnO粉末来调节pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀而除去；
故答案为：C；
③因盐类水解吸热，加热能促进三价铁离子的水解，H₂O₂受热易分解，所以步骤③加热的主要目的有促进Fe³⁺水解转化为沉淀，同时使过量的H₂O₂分解除去；
故答案为：促进Fe³⁺水解转化为沉淀，并使过量的H₂O₂分解除去．

点评 本题考查了物质的制备方案设计、物质的分离提纯，把握习题中的信息及发生的化学反应为解答的关键，注意图象及数据的分析与利用，较好的考查学生分析问题、解决问题的能力，题目难度较大．