题目内容
【题目】七水硫酸锌别名皓矾，常用作媒染剂、收敛剂、木材防腐剂。工业上由氧化锌矿(主要成分为ZnO，另含ZnSiO3、FeCO3、CuO等)生产ZnSO4·7H2O的流程如下：
在该流程中，相关离子生成氢氧化物的pH如表：
开始沉淀时pH | 完全沉淀时pH | |
Zn2+ | 5.4 | 6.4 |
Fe3+ | 1.1 | 3.2 |
Fe2+ | 5.8 | 8.8 |
Cu2+ | 5.6 | 6.4 |
请回答下列问题：
(1)粉碎氧化锌矿石的目的是______________；滤渣X的成分是________________。
(2)步骤Ⅱ中加入H2O2目的是：_______________，发生反应的离子方程式为：______________。
(3)“除铁”步骤中加入试剂M调节溶液的pH，试剂M可以是________(填化学式，一种即可)，控制溶液的pH范围为：_________。同时还需要将溶液加热，其目的是：__________。
(4)滤渣Z的成分是____________。
(5)取28.70 g ZnSO4·7H2O(相对分子质量：287)加热至不同温度，剩余固体的质量变化如图所示：
①步骤Ⅳ中的烘干操作需在减压条件下进行，其原因是____________。
②680 ℃时所得固体的化学式为________________。
a.ZnO b.Zn3O(SO4)2 c.ZnSO4 d.ZnSO4·H2O
【答案】增大比表面积，加快反应速率、提高浸取率 H2SiO3 将Fe2+氧化成Fe3+，便于后续步骤中将铁元素除去 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2 3.2≤pH＜5.4 防止生成氢氧化铁胶体，便于分离 Cu、Zn 降低烘干温度，防止ZnSO4·7H2O失去结晶水 b
【解析】
(1)氧化锌矿石粉碎可增大比表面积，加快反应速率、提高浸取率；在加H2SO4酸溶过程中，ZnSiO3与H2SO4会生成H2SiO3；
(2)在步骤Ⅱ中加入H2O2，会与溶液中的Fe2+发生氧化还原反应；
(3)要中和多余H2SO4并且不引入新杂质，可以加入ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2等化合物；根据表格所知，Fe3+全部除尽，pH≥3.2，Zn2+开始沉淀，pH为5.4；加热可以防止生成氢氧化铁胶体，便于分离；
(4)为了将Cu2+全部置换出来，加入的锌粉过量，滤渣Z中包含Cu和Zn；
(5)①由于ZnSO4·7H2O易失去结晶水，烘干时要适当降低温度；
②根据图像分析。
(1)氧化锌矿石粉碎可增大比表面积，加快反应速率、提高浸取率；在加H2SO4酸溶过程中，ZnSiO3与H2SO4会生成H2SiO3，故滤渣X的成分为H2SiO3，故答案为：增大比表面积，加快反应速率、提高浸取率； H2SiO3；
(2)在步骤Ⅱ中加入H2O2，会与溶液中的Fe2+发生氧化还原反应，对应的离子方程式为：2Fe2＋+H2O2+2H＋
2Fe3＋+2H2O，故答案为：将Fe2+氧化成Fe3+，便于后续步骤中将铁元素除去；2Fe2＋+H2O2+2H＋2Fe3＋+2H2O；
(3)要中和多余H2SO4并且不引入新杂质，可以加入ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2等化合物；根据表格所知，Fe3+全部除尽，pH≥3.2，Zn2+开始沉淀，pH为5.4，故pH的范围为：3.2≤pH＜5.4；加热可以防止生成氢氧化铁胶体，便于分离，故答案为：ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2； 3.2≤pH＜5.4；加热可以防止生成氢氧化铁胶体，便于分离；
(4)为了将Cu2+全部置换出来，加入的锌粉过量，滤渣Z中包含Cu和Zn，故答案为：Cu、Zn；
(5)①由于ZnSO4·7H2O易失去结晶水，烘干时要适当降低温度；
②n(ZnSO4·7H2O)=
=0.1 mol，加热过程中若得ZnSO4·H2O的质量为17.90 g(100 ℃)；若得ZnSO4的质量为16.10 g(250 ℃)；若得ZnO的质量为8.10 g(930 ℃)；据此通过排除法确定680 ℃时所得固体的化学式为Zn3O(SO4)2，故答案为：降低烘干温度，防止ZnSO4·7H2O失去结晶水；b。
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