Question

氧化鋅是橡膠、油漆、搪瓷、電纜、醫(yī)藥、電子、化學(xué)等工業(yè)的重要原料．以氧化鋅粗品為原料制備活性氧化鋅的生產(chǎn)工藝流程如下：

（1）浸出”后得到的酸性溶液中含有Zn²⁺、SO₄^2-，另含有Fe²⁺、Cu²⁺、Co⁺、Mn²⁺等雜質(zhì)．物質(zhì)A的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH至5.4，物質(zhì)A最好選擇

 

．
A．NH₃．H₂O     B．Na₂CO₃     C．H₂SO₄   D．ZnO
已知25℃時(shí)部分金屬離子從開始形成氫氧化物沉淀到沉淀完全時(shí)溶液的pH如下表：

金屬離子	開始沉淀時(shí)溶液pH	完全沉淀時(shí)溶液pH
Zn2+	5.4	6.4
Fe2+	6.5	7.5
Cu2+	4.2	6.7
Co2+	6.6	7.6

該溫度下Ksp[Zn（OH）₂]=

 

．
（2）KMnO₄的作用是除去Mn²⁺和Fe²⁺，則KMnO₄與Mn²⁺反應(yīng)的離子方程式為

 

；若溶液中c（Fe²⁺）=0.0005mol/L，則處理1m³該溶液，F(xiàn)e²⁺所消耗的KMnO₄的質(zhì)量為

 

g（保留兩位有效數(shù)字）．
（3）雜質(zhì)Cu²⁺、Co²⁺可利用置換反應(yīng)除去，則物質(zhì)B是

 

．
（4）被灼燒的沉淀是ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O，生成該沉淀的化學(xué)方程式為

 

．如何檢驗(yàn)該沉淀是否洗凈？

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),物質(zhì)的分離、提純和除雜

專題：電離平衡與溶液的pH專題

分析：氧化鋅樣品加入硫酸酸浸，浸出”后得到的酸性溶液中含有Zn²⁺、SO₄^2-，另含有Fe²⁺、Cu²⁺、Co⁺、Mn²⁺等雜質(zhì)，過濾除去不溶性雜質(zhì)得到濾液A，加入A調(diào)節(jié)溶液PH，過濾加入高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子和錳離子，調(diào)節(jié)溶液PH生成氫氧化鐵沉淀和二氧化錳沉淀，過濾得到濾液B為鋅目的是發(fā)生置換反應(yīng)生成銅和鈷除去Cu²⁺、Co²⁺可，過濾得到濾液主要是鋅離子的溶液，加入一水合氨和碳酸氫銨沉淀鋅離子生成ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O，洗滌灼燒得到成品；
（1）該流程的目的是制備氧化鋅，所以為了不引入新的雜質(zhì)，需要選擇氧化鋅調(diào)節(jié)溶液的pH值；Zn（OH）₂完全沉淀時(shí)c（Zn²⁺）=1×10^-5mol/L，c（OH^-）=1×10^-14/1×10^-6.4=1×10^-7.6mol/L，依據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算得到；
（2）根據(jù)流程圖可知，加入高錳酸鉀后有二氧化錳沉淀出現(xiàn)，所以KMnO₄與Mn²⁺反應(yīng)生成二氧化錳；根據(jù)得失電子守恒規(guī)律，結(jié)合離子方程式計(jì)算該溶液中n（Fe²⁺），得到需要KMnO₄的質(zhì)量；
（3）雜質(zhì)Cu²⁺、Co²⁺可利用置換反應(yīng)除去，同樣是為了不能引入新的雜質(zhì)，B應(yīng)是鋅粉；
（4）生成ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O應(yīng)是在加入碳酸氫銨與氨水后產(chǎn)生的，溶液中的硫酸鋅與之反應(yīng)生成的沉淀，結(jié)合原則守恒和產(chǎn)物配平書寫化學(xué)方程式； 該沉淀中還可能含有硫酸根離子，所以檢驗(yàn)洗滌是否干凈的方法就是檢驗(yàn)硫酸根離子是否存在；

解答： 解：（1）該流程的目的是制備氧化鋅，所以為了不引入新的雜質(zhì)，需要選擇氧化鋅 調(diào)節(jié)溶液的pH值；Zn（OH）₂完全沉淀時(shí)c（Zn²⁺）=1×10^-5mol/L，c（OH^-）=1×10^-14/1×10^-6.4=1×10^-7.6mol/L，所以該溫度下Zn（OH）₂的K_sp=c（OH^-）²×c（Zn²⁺）=1.0×10^-20.2 ；
故答案為：D，1.0×10^-20.2 ；
（2）根據(jù)流程圖可知，加入高錳酸鉀后有二氧化錳沉淀出現(xiàn)，所以KMnO₄與Mn²⁺反應(yīng)生成二氧化錳，離子方程式為2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=MnO₂+4H⁺；根據(jù)得失電子守恒規(guī)律，存在MnO₄^-～3Fe²⁺，1m³的該溶液中n（Fe²⁺）=0.5mol，則需要KMnO₄的質(zhì)量為

0.5mol

3

×158g/mol=26.33g；
故答案為：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=MnO₂+4H⁺；26.33g；
（3）雜質(zhì)Cu²⁺、Co²⁺可利用置換反應(yīng)除去，同樣是為了不能引入新的雜質(zhì)，B應(yīng)是鋅粉；
故答案為：鋅粉；
（4）生成ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O應(yīng)是在加入碳酸氫銨與氨水后產(chǎn)生的，溶液中的硫酸鋅與之反應(yīng)生成的沉淀，所以化學(xué)方程式為3ZnSO₄+5NH₃?H₂O+NH₄HCO₃=ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O↓+3 （NH₄）₂SO₄； 該沉淀中還可能含有硫酸根離子，所以檢驗(yàn)洗滌是否干凈的方法就是檢驗(yàn)硫酸根離子是否存在，具體操作為向最后一次的洗滌液中滴入1～2滴BaCl₂溶液，若無明顯的現(xiàn)象，則沉淀已洗凈，
故答案為：3ZnSO₄+5NH₃?H₂O+NH₄HCO₃=ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O↓+3 （NH₄）₂SO₄；向最后一次的洗滌液中滴入1～2滴BaCl₂ 溶液，若無明顯的現(xiàn)象，則沉淀已洗凈．

點(diǎn)評(píng)：本題考查對(duì)流程的分析，溶度積的計(jì)算，化學(xué)方程式、離子方程式的判斷與書寫，氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，洗滌操作的判斷，題目難度中等．