Question

18．活性氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小约在1-100纳米．某化工冶金研究所采用湿化学法（NPP-法）制备纳米级活性氧化锌，可用各种含锌物料为原料，采用酸浸出锌，经过多次净化除去原料中的杂质，然后沉淀获得碱式碳酸锌，最后焙解获得活性氧化锌，化学工艺流程如下：

（1）通过焰色反应（填操作名称）可以检验流程中滤液2中含有Na⁺．
（2）若上述流程图中Na₂CO₃溶液的pH=12，下列说法正确的是BC．
A该溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）=c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）
B．该溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+c（OH^-）
C．该溶液中c（Na⁺）=2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
D．若将该溶液稀释至100倍，则pH=10．
（3）“溶解”后得到的酸性溶液中含有Zn²⁺、SO₄^2-，另含有Fe²⁺、Cu²⁺等杂质．取0.5L该溶液先加入Na₂CO₃（填“Na₂CO₃”或“H₂SO₄”）调节溶液的pH至5.4，然后加入适量KMnO₄，Fe²⁺转化为Fe（0H）₃，同时KMnO₄转化为MnO₂．经检测溶液中Fe²⁺的浓度为0.009mol•L^-1，则该溶液中至少应加入0.0015mol KMnO₄．

Answer 1

分析 由实验流程可知，含锌物料为原料，采用硫酸浸出锌，过滤除杂，得到滤液中含锌离子，与加入的Na₂CO₃溶液反应生成碱式碳酸锌，最后焙解获得活性氧化锌．
（1）Na的焰色为黄色，以此检验；
（2）pH=12的Na₂CO₃溶液，n（Na）=2n（C），c（OH^-）=0.01mol/L，溶液显碱性，结合电荷守恒、物料守恒等分析选项；
（3）Fe²⁺、Cu²⁺等杂质，均可与碳酸钠反应；适量KMnO₄将Fe²⁺转化为Fe（OH）₃，由电子守恒计算．

解答 解：由实验流程可知，含锌物料为原料，采用硫酸浸出锌，过滤除杂，得到滤液中含锌离子，与加入的Na₂CO₃溶液反应生成碱式碳酸锌，最后焙解获得活性氧化锌．
（1）Na的焰色为黄色，则检验溶液中含有Na⁺，常用焰色反应，故答案为：焰色反应；
（2）pH=12的Na₂CO₃溶液，由化学式可知，n（Na）=2n（C），
A．该溶液中存在电荷守恒为：c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），故A错误；
B．该溶液中存在电荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），碳酸钠溶液中CO₃^2-水解溶液显碱性，c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-），则c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+c（OH^-）正确，故B正确；
C．该溶液中存在物料守恒n（Na）=2n（C）：c（Na⁺）=2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故C正确；
D．若将该溶液稀释至100倍，水解平衡正向进行，氢氧根离子浓度减小小于100倍，则pH＞10，故D错误；
故答案为：BC；
（3）溶解后得到酸性溶液，要调节溶液的pH至5.4，需要升高pH，故应加入Na₂CO₃，Fe²⁺的浓度为0.009mol•L^-1，则
n（Fe²⁺）=0.009 mol/L×0.5L=0.0045mol，由电子得失守恒，则n（KMnO₄）=$\frac{0.0045mol}{7-4}$=0.0015 mol，故答案为：Na₂CO₃；0.0015．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、阅读获取信息能力、对操作步骤的分析评价、物质的分离提纯、氧化还原反应计算等，是对所学知识的综合运用与能力的考查，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识、信息进行解决问题的能力，题目难度中等．