《2025年效率暑假江苏人民出版社高二化学》

1.
CuS 是一种重要的 P 型半导体材料。以一种石膏渣[含 CaSO_4 及少量 Cu(OH)_2、Cu_2(OH)_2SO_4、Zn(OH)_2 等]为原料制备 CuS 的实验流程如下：

已知：常温下,$ K_{sp}(CuS)= 1.27×10^{-36} $,$ K_{sp}(ZnS)= 1.2×10^{-23} $。
(1)“浸取”时,生成$ [Cu(NH_{3})_{4}]^{2+} 与 [Zn(NH_{3})_{4}]^{2+} $等。Cu_2(OH)_2SO_4 参加反应的离子方程式为${Cu_{2}(OH)_{2}SO_{4} + 8NH_{3}\xlongequal{}2[Cu(NH_{3})_{4}]^{2 + } + SO^{2-}_{4} + 2OH^{-}}$。
(2)为测定“浸取”时 Cu 元素浸出率,需先测定石膏渣中 Cu 元素含量。称取 50.00g 石膏渣,加入足量稀 H_2SO_4 充分溶解,过滤并洗涤滤渣,将滤液转移至 250mL 容量瓶中,加水稀释至刻度；准确量取 25.00mL 稀释后的溶液于锥形瓶中,加入足量 KI 溶液($ 2Cu^{+}+4I^{-}= 2CuI↓+I_{2} $),用 0.02000mol·L⁻^1 Na_2S_2O_3 标准溶液滴定至终点($ 2S_{2}O_{3}^{2-}+I_{2}= S_{4}O_{6}^{2-}+2I^{-} $),平行滴定 3 次,平均消耗 Na_2S_2O_3 标准溶液 23.50mL。计算石膏渣中 Cu 元素质量分数(写出计算过程)由反应关系$2Cu^{2 + }～I_{2}～2S_{2}O^{2-}_{3}$可知，$25.00\ \unit{mL}$稀释后的溶液中$n({Cu^{2 + }}) = 0.02000\ \unit{mol\cdot L^{-1}}×23.50×10^{-3}\ \unit{L} = 4.700×10^{-4}\ \unit{mol}$，石膏渣中铜元素质量$m = 4.700×10^{-4}\ \unit{mol}×64\ \unit{g\cdot mol^{-1}}×\frac{250}{25} = 0.3008\ \unit{g}$，质量分数为$\frac{0.3008\ \unit{g}}{50.00\ \unit{g}}×100\% = 0.6016\%$。
(3)“沉淀”时 Na_2S 溶液的用量不宜过多,其原因是生成的${CuS}$沉淀中会混有${ZnS}$沉淀。
(4)循环“浸取”多次后,“滤液 X”中浓度增大的阳离子主要有${[Zn(NH_{3})_{4}]^{2 + }}$和${Na^{+}}$。
(5)CuS 的晶胞如图所示。1 个 CuS 晶胞含有6个 S^2⁻。
(6)将空气以一定流速通过加热的 CuS 试样,测得固体质量和流出气体中 SO_2 含量随温度的变化如图所示。在 200～300℃范围内,CuS 经历如下转化：CuS→Cu_2S→CuO·CuSO_4,固体质量减少的主要原因是${CuS}$生成${Cu_{2}S}$时失重的质量大于部分${Cu_{2}S}$生成${CuO\cdot CuSO_{4}}$时增重的质量。

答案：
(1)${Cu_{2}(OH)_{2}SO_{4} + 8NH_{3}\xlongequal{}2[Cu(NH_{3})_{4}]^{2 + } + SO^{2-}_{4} + 2OH^{-}}$
(2)由反应关系$2Cu^{2 + }～I_{2}～2S_{2}O^{2-}_{3}$可知，$25.00\ \unit{mL}$稀释后的溶液中$n({Cu^{2 + }}) = 0.02000\ \unit{mol\cdot L^{-1}}×23.50×10^{-3}\ \unit{L} = 4.700×10^{-4}\ \unit{mol}$，石膏渣中铜元素质量$m = 4.700×10^{-4}\ \unit{mol}×64\ \unit{g\cdot mol^{-1}}×\frac{250}{25} = 0.3008\ \unit{g}$，质量分数为$\frac{0.3008\ \unit{g}}{50.00\ \unit{g}}×100\% = 0.6016\%$
(3)生成的${CuS}$沉淀中会混有${ZnS}$沉淀
(4)${[Zn(NH_{3})_{4}]^{2 + }}$和${Na^{+}}$
(5)$6$
(6)${CuS}$生成${Cu_{2}S}$时失重的质量大于部分${Cu_{2}S}$生成${CuO\cdot CuSO_{4}}$时增重的质量

2.
高纯 ZnO 可用作电子元件材料。以次氧化锌酸浸液(主要含有 Zn²⁺、SO₄²⁻,还含有 Fe³⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Pb²⁺等)为原料制备高纯 ZnO 的实验流程如下：

已知：常温下,$ K_{sp}[Zn(OH)_{2}]= 2.1×10^{-16} $,$ K_{sp}[Fe(OH)_{2}]= 8.0×10^{-16} $,$ K_{sp}[Fe(OH)_{3}]= 4.0×10^{-38} $。
(1)“除铁”时,须将 Fe²⁺氧化为 Fe³⁺的原因是Zn(OH)₂与Fe(OH)₂沉淀时pH相近，不易通过调pH分离Fe²⁺和Zn²⁺；Zn(OH)₂与Fe(OH)₃沉淀时pH相差较大，易于通过调pH分离Fe³⁺和Zn²⁺。
(2)“除锰”反应的离子方程式为3Mn²⁺ + 2MnO₄⁻ + 2H₂O=5MnO₂↓ + 4H⁺。其他条件不变时,$ \frac{n_{投入}(KMnO_{4})}{n_{理论}(KMnO_{4})} $与锰去除率、溶液中锰含量的关系如图所示。$ \frac{n_{投入}(KMnO_{4})}{n_{理论}(KMnO_{4})}＞2.5 $时,溶液中锰去除率下降,其原因是过量的KMnO₄进入溶液。

(3)为考查 Zn 粉用量对“除铅”过程中铅元素去除率的影响,设计若干对照实验组,这些实验组控制不变的因素有：“除锰”滤液浓度与体积、反应温度、反应时间、搅拌速率。
(4)写出以“ZnSO₄ 溶液”为原料制备高纯 ZnO 的实验方案：在搅拌下向ZnSO₄溶液中缓慢滴加氨水-NH₄HCO₃混合溶液；当向上层清液中继续滴加氨水-NH₄HCO₃溶液后不再产生沉淀时，过滤，所得滤渣用蒸馏水洗涤，直至最后一次洗涤滤液加入稀盐酸和BaCl₂溶液后不再产生浑浊；将所得沉淀烘干后灼烧至恒重。[可选用的试剂：Na₂CO₃ 溶液、氨水—NH₄HCO₃ 混合溶液、蒸馏水、稀盐酸、BaCl₂ 溶液]

答案：
(1)Zn(OH)₂与Fe(OH)₂沉淀时pH相近，不易通过调pH分离Fe²⁺和Zn²⁺；Zn(OH)₂与Fe(OH)₃沉淀时pH相差较大，易于通过调pH分离Fe³⁺和Zn²⁺
(2)3Mn²⁺ + 2MnO₄⁻ + 2H₂O=5MnO₂↓ + 4H⁺ 过量的KMnO₄进入溶液
(3)反应时间、搅拌速率
(4)在搅拌下向ZnSO₄溶液中缓慢滴加氨水-NH₄HCO₃混合溶液；当向上层清液中继续滴加氨水-NH₄HCO₃溶液后不再产生沉淀时，过滤，所得滤渣用蒸馏水洗涤，直至最后一次洗涤滤液加入稀盐酸和BaCl₂溶液后不再产生浑浊；将所得沉淀烘干后灼烧至恒重