Question

实验室用粗锌和稀硫酸反应的制氢废液中含有大量的硫酸锌．因粗锌中常含有铁等杂质，溶液中混有一定量的硫酸亚铁．为充分利用制氢废液，某校化学兴趣小组以制氢气的废液为原料来制取皓矾（ZnSO₄?7H₂O）并探究其性质．
（1）制备皓矾的实验流程如图所示．
已知：开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为：
Fe（OH）₃：2.7～3.7；Fe（OH）₂：7.6～9.6；Zn（OH）₂：5.7～8.0．
试回答下列问题：
①实验室常用粗锌和稀硫酸反应而不用纯锌和稀硫酸反应制氢气，除了纯锌成本较高外，还有一重要原因是

 

．
②试剂E供选择使用的有：Zn粉、ZnO、Zn（OH）₂、ZnCO₃、ZnSO₄等，应选用

 

，其理由是

 

．
③从晶体1→晶体2，该过程的名称是

 

．
④在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是

 

．
（2）探究ZnSO₄?7H₂O的性质
⑤称取28.7g  ZnSO₄?7H₂O研细后置于坩埚中小心加热，测得残留固体的质量与温度的对应数据见下表：

温度（℃）	60	240	930	1000
残留固体质量（g）	19.7	16.1	8.1	8.1

试写出ZnSO₄?7H₂O加热到1000℃时的反应方程式

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）化学实验室通常用粗锌和稀硫酸反应制氢气，因此在制氢废液中含有大量的硫酸锌．同时，由于粗锌中还含有铁等杂质，溶于酸后生成亚铁离子锌离子，依据开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为：Fe（OH）₃：2.7-3.7Fe（OH）₂：7.6-9.6 Zn（OH）₂：5.7-8，直接沉淀亚铁离子，锌离子也会全部全部沉淀，不能实现实验目的和要求，除去亚铁离子需要先把亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使三价铁离子全部沉淀，此时锌离子不沉淀，来实现分离，加入的氧化剂不能引入新的杂质，通常用20%的H₂O₂ 然后加入，ZnO[ZnCO₃或Zn（OH）₂）]以调节溶液的pH至3.7-5.7，使得Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀，同时避免引入新的杂质，过滤后将滤液进行蒸发浓缩、冷却结晶可得到ZnSO₄?7H₂O，洗涤晶体时，为避免晶体溶解，可用酒精进行洗涤；
（2）根据ZnSO₄?7H₂O加热到1000℃时所的固体的质量情况来确定成分．

解答： 解：（1）①粗锌中含有铁，与稀硫酸反应时可形成铁、锌原电池反应，可加快反应速率，
故答案为：粗锌中的含有的杂质可与锌形成原电池，可加快锌与硫酸的反应速率；
②试剂2是用来调节溶液PH到至3.7-5.7，目的让铁离子全部沉淀，除杂实验不能引入新的杂质；Zn粉会把氧化得到的铁离子还原，起不到除去的作用，ZnO、Zn（OH）₂、ZnCO₃可以反应调节溶液PH到至3.7-5.7，使铁离子沉淀，同时不引入新的杂质，ZnSO₄不能调节溶液PH，且引入杂质硫酸根离子，
故答案为：ZnO[ZnCO₃或Zn（OH）₂）]；调节溶液的pH至3.7-5.7，使得Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃沉淀，同时避免引入新的杂质；
③晶体溶解再结晶是提纯晶体的方法为重结晶故答案为：重结晶；
④洗涤晶体表面的杂质离子，同时减少皓钒晶体的损失；在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是，晶体溶于水，不溶于酒精，所以目的是为了冲洗掉晶体表面的杂质离子；防止晶体溶解，影响产率，
故答案为：为了冲洗掉晶体表面的水及杂质离子；防止晶体溶解，影响产率；
（2）⑤28.7g ZnSO₄?7H₂O中m（H₂O）=

28.7g

287g/mol

×7×18g/mol=12.6g，
如全部失去结晶水，则m（ZnSO₄）=28.7g-12.6g=16.1g，由表中数据可知，当加热到240℃时，剩余固体为ZnSO₄，当加热到930℃时，固体质量不变，则应生成ZnO，且m（ZnO）=0.1mol×81g/mol=8.1g，
则分解的方程式为ZnSO₄?7H₂O

1000℃  .

ZnO+SO₃↑+7H₂O↑，
故答案为：ZnSO₄?7H₂O

1000℃  .

ZnO+SO₃↑+7H₂O↑．

点评：本题综合考查物质的制备、分离、提纯等知识，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，为高考常见题型，注意把握实验的操作原理和步骤，把握相关物质的性质，难度中等．