Question

某废催化剂中主要含SiO₂、ZnO、CuS及少量的Fe₃O₄。某同学以该废催化剂为原料制备皓矾（ZnSO₄·7H₂O）和蓝矾（CuSO₄·5H₂O）的实验流程如图所示。

已知：CuS不溶于稀硫酸。

（1）滤渣1的主要成分为________（填化学式）。

（2）实验室用浓H₂SO₄配制250mL0.50mol/L硫酸溶液时，不需要用到的仪器是________ （填字母）。

A．玻璃棒   B．胶头滴管    C．漏斗   D．容量瓶   e.天平    f.烧杯

（3）现有KMnO₄溶液、NaOH溶液、碘水等试剂。用所提供的试剂检验滤液1中是否含有Fe²⁺的方法为______________。

（4）向盛有滤渣1的反应器中加入硫酸和H₂O₂溶液时发生反应的化学方程式为____________.（已知滤渣2中含有S）

（5）某同学称取m₁废催化剂进行实验，其中CuS的质量分数为x，实验完成之后，得到m₂gCuSO₄·5H₂O，则铜元素的回收率为________________。（列出计算式即可）。

Answer

（l）CuS 和 SiO2；

（2）ce；

（3）取少量滤液1，滴加少量高锰酸钾溶液，若紫红色变浅或褪去，则证明含有Fe2+；

（4）CuS+H2O2+H2SO4=CuSO4+S+2H2O；

（5）；

【解析】

试题分析：废催化剂加入稀硫酸，第一次浸出主要发生反应：ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O、ZnS+H2SO4=ZnSO4+H2S↑、Fe3O4+4H2SO4=FeSO4+Fe2（SO4）3+4H2O，过滤后滤液中ZnSO4、FeSO4、Fe2（SO4）3，浓缩结晶得到粗ZnSO4•7H2O，滤渣1含有SiO2、CuS，向盛有滤渣1的反应器中加H2SO4和H2O2溶液，发生氧化还原反应，生成硫酸铜、硫，滤渣2含有硫和二氧化硅，滤液含有硫酸铜，经浓硫酸结晶可得到硫酸铜晶体。

（1）滤渣1的主要成分为CuS 和 SiO2，故答案为：CuS 和 SiO2；

（2）配制一定物质的量浓度的溶液步骤有：计算、称量、溶解、冷却转移、洗涤转移、定容、摇匀。实验室用浓H2SO4配制250mL0.50mol/L硫酸溶液时，用到的仪器有玻璃棒、胶头滴管、容量瓶、量筒、烧杯不需要用到的仪器是天平和漏斗，故答案为：ce；

（3）现有KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水等试剂。根据提供的试剂和亚铁离子的性质，检验Fe2+的方法为取少量滤液1，滴加少量高锰酸钾溶液，若紫红色变浅或褪去，则证明含有Fe2+，故答案为：取少量滤液1，滴加少量高锰酸钾溶液，若紫红色变浅或褪去，则证明含有Fe2+；

（4）向盛有滤渣1的反应器中加H2SO4和H2O2溶液，发生氧化还原反应，生成硫酸铜、硫，反应的化学方程式为CuS+H2O2+H2SO4=CuSO4+S+2H2O，故答案为：CuS+H2O2+H2SO4=CuSO4+S+2H2O；

（5）废催化剂中Cu的物质的量为m1g×x÷96g/mol=mol，m2g CuSO4﹒5H2O中Cu的物质含量的为m2g÷250g/mol=mol，则铜的回收率为mol÷mol=，故答案为：。

【考点定位】考查制备实验方案的设计

【名师点晴】本题以金属回收为载体，综合考查物质的制备实验，为高考常见题型，涉及化学工艺流程、对原理与装置的分析、物质的分离提纯、化学计算等，是对学生综合能力的考查。熟悉制备流程和化学实验的基本操作是解题的关键。