师：好，同学们，大家好。国家近几年倡导垃圾分类、变废为宝。咱们小区垃圾箱有四种，分别是厨余垃圾、可回收垃圾、其他垃圾和有害垃圾。有害垃圾主要包括废旧电池、废弃药品等。要是能把有害垃圾回收再利用，实现变废为宝，那可真是件好事。

　　今天，我们以利用废旧电池铜帽制备氧化锌为例，学习实验方案的设计与评价。这是实验室利用废旧电池铜帽回收铜并制备氧化锌的流程，还给了两个已知条件、几种离子生成氢氧化物沉淀的pH，以及实验可选用的试剂，有双氧水、硝酸、氢氧化钠溶液。现在请大家设计由除去铜的滤液制备氧化锌的实验方案。

　　这类题目该怎么解决呢？首先要明确目标产物，这里是氧化锌，原料是除去铜的滤液。这就需要了解除去铜的滤液中有哪些离子。我们可以通过研读流程步骤、已知信息、各类图表和所给试剂获取信息。已知锌灰主要成分是锌和氧化锌，杂质为铁及其氧化物，溶液呈酸性，所以可推测除去铜的滤液中含有三种离子（钠离子对后续制备无影响，暂不考虑）。那么，如何通过滤液中的离子制备氧化锌呢？

　　我们可以设计这样一个流程：先将锌离子转化为氢氧化锌沉淀，再加热分解得到氧化锌。但要沉淀锌离子需加氢氧化钠，可氢离子沉淀和亚铁离子沉淀的pH值重合，加氢氧化钠沉淀氢离子时，亚铁离子也会沉淀，这就需要优化方案。

　　为什么要优化呢？就像奥林匹克格言“更高、更快、更强”，制备物质也有要求：产率高、反应速率快、产品更纯，同时要环保绿色，减少污染。重点就是优化方案，该怎么优化呢？

　　刚才分析过，滤液中主要含亚铁离子和锌离子，亚铁离子会干扰锌离子沉淀，得除去。虽然亚铁离子和锌离子沉淀pH值重合，但铁离子沉淀pH值范围在1.1 - 3.2，与锌离子不重合，所以可以将亚铁离子转化为铁离子。

　　怎么转化呢？可选试剂有双氧水和硝酸。双氧水是绿色氧化剂，还原产物是水，无污染无杂质；稀硝酸还原产物是一氧化氮，有毒，会污染环境。所以选用30%的双氧水将亚铁离子转化为三价铁离子。然后滴加氢氧化钠溶液除去铁离子，根据表格，可将pH调节至大于3.2但小于5.9，确保铁离子完全沉淀，而锌离子还未开始沉淀，这里调节pH约等于5。

　　沉淀铁离子后过滤，滤液中有氢离子。接着继续滴加氢氧化钠溶液，将锌离子转化为氢氧化锌沉淀。但要注意，题目已知pH大于11时，氢氧化锌能溶于氢氧化钠溶液，生成四氢氧合锌络合离子。所以不能加过量氢氧化钠，要控制pH范围，确保锌离子完全沉淀，又不转化为络合离子。因此，将pH控制在大于等于8.9但小于等于11，这里调节pH约等于10，再过滤，就得到纯净的氢氧化锌沉淀。然后将氢氧化锌沉淀洗涤干燥，再煅烧分解得到氧化锌，这就是优化后的方案。

　　同学们还得把方案精准表达出来。向滤液中加入适量30%的双氧水（因亚铁离子含量未明确），搅拌使其充分反应。搅拌能加快反应速率，使反应更充分。再滴加1.0摩尔每升的氢氧化钠（注意试剂浓度要表达完整）至溶液pH约为5（写范围也可），使铁离子沉淀完全后过滤。向滤液中继续滴加1.0摩尔每升的氢氧化钠，调节溶液pH约为10，使锌离子沉淀完全，再过滤、洗涤、干燥、煅烧，这样表达就完整了。

　　通过氧化锌的制备，我们看看优化方案中对操作方法和条件的控制。操作方法方面：

　　添加试剂时，若试剂用量需控制，应边搅拌边滴加；若对用量无控制，可滴加后搅拌充分反应。

　　结晶析出有两种方式，蒸发结晶趁热过滤适用于溶解度随温度变化影响不大的物质，如氯化钠；加热浓缩、冷却结晶再过滤适用于溶解度随温度变化影响较大的物质，如硝酸钾。实际应用要根据题目信息灵活运用。

　　沉淀洗涤有几个考点。判断沉淀是否完全，在上层清液中继续滴加试剂，若不产生沉淀则已完全。洗涤操作，向沉淀中加蒸馏水浸没，静置，待水流光后再次洗涤，一般洗涤两到三次。洗涤试剂根据需要选择，有蒸馏水、冰水混合物、乙醇溶液等。判断洗涤是否完全，取最后一次洗涤液，检测其中是否存在滤液中的离子，若存在则未洗净，需继续洗涤。

　　尾气要处理，达到绿色环保要求。

　　条件控制方面：