题目内容

6．活性氧化锌用作橡胶硫化的活性剂、补强剂．以氧化锌粗品（含铁的氧化物、CuO和SiO2等杂质）为原料制备活性氧化锌并生产其他副产品的生产工业流程如图：

已知：Zn（OH）2可溶于NaOH溶液．
（1）为提高氧化锌粗品的溶解速率，可采取的措施有将氧化锌粗品粉碎成细颗粒、加入过量硫酸、加热等（要求写出两条）．操作A所用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗．
（2）加入过量铁所发生反应的离子方程式是2H++Fe=Fe2++H2↑、Cu2++Fe=Fe2++Cu、2Fe3++Fe=3Fe2+．
（3）操作C所得的滤渣P中Fe（OH）2和Fe（OH）3的物质的量之比为5：1，该滤渣在空气中灼烧可获得高性能的磁粉Fe3O4，写出该反应的化学方程式20Fe（OH）2+4Fe（OH）3+3O2=$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Fe3O4+26H2O．
（4）“沉淀”的成分为ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O，“煅烧”在450～500℃下进行，煅烧获得ZnO的反应的化学方程式为ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO2↑+3H2O↑．
（5）取20.00mL滤液N用0.02mol/L的KMnO4溶液进行滴定，消耗KMnO4溶液18.00mL，则滤液N中Fe2+的浓度为0.09mol/L．

分析 制备活性氧化锌流程为：氧化锌粗品（含铁的氧化物、CuO和SiO2等杂质）中加入稀硫酸，氧化锌、铁的氧化物、氧化铜与稀硫酸反应，二氧化硅不反应，通过过滤操作分离出二氧化硅，滤液中含有铁离子、亚铁离子、锌离子、铜离子；向滤液M加入过量铁粉，铜离子被置换成铜单质，通过过滤得到的滤液N中含有亚铁离子、锌离子；向滤液N中加入过量氢氧化钠，反应生成氢氧化铁、氢氧化亚铁沉淀，滤液Q中含有AlO2-；酸化滤液Q后加入适量碳酸钠溶液得到沉淀ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O，经过煅烧得到ZnO，
（1）根据表面积、温度等对反应速率的影响答题，操作A为过滤，根据过滤操作方法写出还缺少的仪器名称；
（2）铁与铜离子、铁离子、氢离子都能发生氧化还原反应，根据元素守恒和电荷守恒书写化学方程式；
（3）根据信息判断反应物、反应条件，然后写出反应的化学方程式；
（4）根据“ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O，“煅烧”在450～500℃下进行，煅烧获得ZnO”可知反应物、反应条件、生成物，然后写出反应的化学方程式；
（5）根据电子守恒找出关系式，然后根据高锰酸钾的物质的量计算出亚铁离子的物质的量，再根据c=$\frac{n}{V}$计算出滤液N中Fe2+的浓度．

解答 解：根据图示可知，制备流程为：氧化锌粗品（含铁的氧化物、CuO和SiO2等杂质）中加入稀硫酸，氧化锌、铁的氧化物、氧化铜与稀硫酸反应，二氧化硅不反应，通过过滤操作分离出二氧化硅，滤液中含有铁离子、亚铁离子、锌离子、铜离子；向滤液M加入过量铁粉，铜离子被置换成铜单质，通过过滤得到的滤液N中含有亚铁离子、锌离子；向滤液N中加入过量氢氧化钠，反应生成氢氧化铁、氢氧化亚铁沉淀，滤液Q中含有AlO2-；酸化滤液Q后加入适量碳酸钠溶液得到沉淀ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O，经过煅烧得到ZnO，
（1）根据表面积、温度等对反应速率的影响可知，为提高氧化锌粗品的溶解速率，可采取的措施有将氧化锌粗品粉碎成细颗粒、加入过量硫酸、加热等，操作A为过滤，过滤所用的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒和漏斗，还缺少漏斗，
故答案为：将氧化锌粗品粉碎成细颗粒、加入过量硫酸、加热等；漏斗；
（2）加入过量铁粉后，铁与铜离子、铁离子、氢离子都能发生反应生成亚铁离子、氢气、铜单质等，发生反应的离子方程式是2H++Fe=Fe2++H2↑、Cu2++Fe=Fe2++Cu、2Fe3++Fe=3Fe2+，
故答案为：2H++Fe=Fe2++H2↑、Cu2++Fe=Fe2++Cu、2Fe3++Fe=3Fe2+；
（3）滤渣P中Fe（OH）2和Fe（OH）3的物质的量之比为5：1，该滤渣在空气中灼烧可获得高性能的磁粉Fe3O4，根据质量守恒，反应产物中还会生成水，反应的化学方程式为：20Fe（OH）2+4Fe（OH）3+3O2=$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Fe3O4+26H2O，
故答案为：20Fe（OH）2+4Fe（OH）3+3O2=$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Fe3O4+26H2O；
（4）在450～500℃下煅烧ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O获得ZnO，还会生成二氧化碳气体和水，反应的化学方程式为：ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO2↑+3H2O↑，
故答案为：ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO2↑+3H2O↑；
（5）取20.00mL滤液N，用O.02mol．L-l的KMnO4溶液进行滴定，消耗KMnO4溶液18.00mL，高锰酸钾的物质的量为：0.02mol/L×0.018L=0.00036mol，
高锰酸根离子变成锰离子，化合价降低5价，亚铁离子变成铁离子化合价变化为1，则二者反应的关系式为：KMnO4～5Fe2+，
反应消耗的亚铁离子的物质的量为：0.00036mol×5=0.0018mol，
则滤液N中Fe2+的浓度为：c（Fe2+）=$\frac{0.0018mol}{0.02L}$=0.09mol/L，
故答案为：0.09mol/L．

点评 本题考查了物质制备方案的设计、物质分离与提纯方法的综合应用，题目难度较大，明确制备流程为解答关键，注意掌握常见物质分离与提纯的操作方法，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．

练习册系列答案
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5．下列各组物质不能用蒸馏法分离的是（　　）
A．水和乙醇
B．乙二醇（沸点197.3℃）和乙酸（沸点117.9℃）
C．氯化钠溶液和碳酸钙
D．碘和四氯化碳
6．若NA代表阿伏加德罗常数．下列叙述中正确的是（　　）
A．2.4g金属镁全部变成镁离子时失去的电子数为0.1NA
B．1.0 mol任何单质气体的分子数均为NA，原子数均为2NA
C．17gNH3所含的电子数目为NA
D．16g 02和03混合气体中．含有原子数为NA
14．锶（38Sr）元素广泛存在于矿泉水中，是一种人体必需的微量元素，在元素周期表中与20Ca和56Ba同属于第ⅡA族．
（1）碱性：Sr（OH）2＜ Ba（OH）2（填“＞”或“＜”）；锶的化学性质与钙和钡类似，用原子结构的观点解释其原因是同一主族元素，原子最外层电子数相同．
（2）碳酸锶是最重要的锶化合物．用含SrSO4和少量BaSO4、BaCO3、FeO、Fe2O3、Al2O3、SiO2的天青石制备SrCO3，工艺流程如下（部分操作和条件略）：
Ⅰ．将天青石矿粉和Na2CO3溶液充分混合，过滤；
Ⅱ．将滤渣溶于盐酸，过滤；
Ⅲ．向Ⅱ所得滤液中加入浓硫酸，过滤；
Ⅳ．向Ⅲ所得滤液中先加入次氯酸，充分反应后再用氨水调pH约为7，过滤；
Ⅴ．向Ⅳ所得滤液中加入稍过量NH4HCO3，充分反应后，过滤，将沉淀洗净，烘干，得到SrCO3．
已知：ⅰ．相同温度时的溶解度：BaSO4＜SrCO3＜SrSO4＜CaSO4
ⅱ．生成氢氧化物沉淀的pH
物质Fe（OH）3Fe（OH）2Al（OH）3
开始沉淀pH1.97.03.4
完全沉淀pH3.29.04.7
①Ⅰ中，反应的化学方程式是SrSO4+Na2CO3=SrCO3+Na2SO4．
②Ⅱ中，能与盐酸反应溶解的物质有SrCO3、BaCO3、FeO、Fe2O3、Al2O3．
③Ⅳ的目的是将Fe2+氧化为Fe3+，使Fe3+和Al3+沉淀完全．
④下列关于该工艺流程的说法正确的是ac．
a．该工艺产生的废液含较多的NH4+、Na+、Cl-、SO42-
b．Ⅴ中反应时，升高温度一定可以提高SrCO3的生成速率
c．Ⅴ中反应时，加入溶液一定可以提高NH4HCO3的利用率．
1．锰锌软磁铁氧体具有高磁导率、低矫顽力和低功率损耗等性能，已广泛应用于电子工业．碳酸锰主要用于制备锰锌软磁铁氧体，而制碳酸锰的原料之一是二氧化锰．某化学研究性学习小组拟从废旧干电池中回收二氧化锰制取碳酸锰．
①将干电池剖切、分选得到黑色混合物（主要成分为MnO2）洗涤、过滤、烘干．
②将上述固体按固液体积比2：9加入浓盐酸、加热，反应完全后过滤、浓缩．
③向上述溶液中加入Na2CO3溶液，边加边搅拌，再过滤即可得到碳酸锰．
（l）在第②步中，将上述固体与浓盐酸混合的目的是将MnO2还原成Mn2+
（2）有人认为，将第③步中的Na2CO3溶液换成NH4HCO3溶液，也能达到上述目的，但同时有气体生成．请写出加入NH4HCO3溶液时发生的离子反应方程式Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O．
（3）查阅文献，发现第③步中，除生成MnCO3外还有可能生成Mn（OH）2，已知Mn（OH）2暴露在空气中时间稍长，易被氧化成褐色的MnO（OH）2，MnCO3和MnO（OH）2受热最终均分解成MnO2，该小组对上述沉淀的成分提出以下假设，请帮助完成假设：
假设一：全部为MnCO3；　　  
假设二：全部为Mn（OH）2；
假设三：既有MnCO3又有Mn（OH）2
为验证假设二是否正确，该小组进行了以下研究：
①定性研究：请你完成表中的内容．
实验步骤（不要求写出具体步骤）预期的实验现象和结论
将所得沉淀过滤、洗涤，
将沉淀充分暴露于空气中，观察颜色		颜色变成褐色，说明含有Mn（OH）2
取少量沉淀于试管中，加入足量的盐酸，观察现象没有气泡生成，说明不含MnCO3
②定量研究：将所得沉淀过滤、洗涤，置于空气中充分氧化后，小心干燥，取22.0g样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如图．根据图中的数据判断假设三成立，理由是300℃以后，质量增加量为MnO氧化为MnO2 ，计算可得MnCO3质量为11.5（或MnO（OH）2的质量为10.5g），所以既有MnCO3又有Mn（OH）2．
11．NaNO2被称为工业盐，在漂白、电镀等方面应用广泛，已知室温下，2NO+Na2O2?2NaNO2；制备NaNO2的装置如图所示（部分夹持装置略）．
另知：①3NaNO2+3HCl?3NaCl+HNO3+2NO↑+H2O；②酸性条件下，NO或NO2-都能与MnO4-反应生成NO3-和Mn2+
请按要求回答下列问题：

（1）检查完装置的气密性，装入药品后，实验开始前先通入一段时间气体X，X的化学式为N2，然后关闭弹簧头，再滴入浓硝酸，加热控制B中导管均匀且缓慢冒出的气泡．
（2）A烧瓶中反应的化学方程式：C+4HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+4NO2↑+2H2O．
（3）观察到装置B中的主要现象有：红棕色消失，导管口有无色气泡冒出，铜片溶解，溶液变蓝．
（4）预测C中反应开始阶段，产物除NaNO2外，还含有的副产物有Na2CO3、NaOH．欲检验C中产物所含钠盐种类，请设计环保且简约的方案，并描述预期的现象和结论：取少量样品于试管中，向其中滴加酸性高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液褪色，证明有亚硝酸钠，若有使澄清石灰水变浑浊的气体产生，证明有碳酸钠．为避免产生这些副产物，应在B、C装置间增加装置E，请在右方框中画出装置E的简图，并注明其盛放的药品名称．
（5）利用改进后的装置，将3.12gNa2O2完全转化成为NaNO2，理论上至少需要木炭0.72g．
18．某元素的一种同位素X的原子质量数为A，含N个中子，它与2H原子组成2HmX分子，在ag 2HmX中所含质子的物质的量是（　　）
A．$\frac{a（A-N+m）}{A+m}$molB．$\frac{a（A-N）}{A+m}$ molC．$\frac{a（A-N+m）}{A+2m}$molD．$\frac{a（A-N+m）/}{A}$mol
15．符合如图的反应是（T1T2是表示不同的温度）（　　）
A．X+3Y?2Z   正反应为吸热反应B．X+3Y?2Z  正反应为放热反应
C．X+2Y?3Z 正反应为放热反应D．5Z+3Y?4Z 正反应为放热反应
16．下列对于实验I～IV的说法正确的是（　　）
A．实验I：逐滴滴加盐酸时，试管中立即产生大量气泡
B．实验Ⅱ：可比较氯、碳、硅三种元素的非金属性强弱
C．实验Ⅲ：从饱和食盐水中提取NaCl晶体
D．装置Ⅳ：酸性KMnO4溶液中有气泡出现，且溶液颜色会逐渐变浅乃至褪去

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