题目内容
【题目】由于金属锌本身的价值不高，在我国工业锌废料的回收利用率比较低。某课题组研究利用含少量铜、铁的粗锌制备硫酸锌及相关物质的资源综合利用，其工艺流程图（图中加入的物质均为足量）及有关数据如下：
物质 | Fe(OH)3 | Cu(OH)2 | Zn(OH)2 | CuS | ZnS |
Ksp | 4.0×10—38 | 5.0×10—20 | 2.0×10—16 | 8.5×10—45 | 1.2×10—23 |
请回答下列问题：
（1）固体A的主要成分是_______________；加入固体B的主要作用是____________。
（2）粗锌中的铜与稀混酸溶液反应的离子方程式为_____________________________。
（3）若溶液II中c(Cu2+)为0.05mol·L—1，则溶液II的pH≤_________。
（4）若B是Zn，取8.320gC完全溶解于500mL 1mol·L—1稀硝酸中，共收集到2240mL气体，再向所得溶液中加入NaOH溶液至刚好生成沉淀最多，此时所得沉淀质量（m）的取值范围是___________；若B是另一种物质，取部分C于试管中，加入盐酸后产生了有臭鸡蛋味气体，则该反应的离子方程式为________________________。
（5）溶液III还可以与(NH4)2S溶液反应制备ZnS，实际生产中选用(NH4)2S溶液而不是Na2S溶液作为反应物，是因为后者制得的ZnS中会含有较多的___________杂质。
【答案】Fe(OH)3或氢氧化铁 将Cu2+（或铜）从溶液Ⅱ中分离出来 3Cu＋8H+＋2NO3—＝3Cu2+＋2NO↑＋4H2O 5 12.67g＜m＜12.74g ZnS＋2H+＝Zn2+＋H2S↑ Zn(OH)2.
【解析】
分析题给化学工艺流程知粗锌（含少量铜、铁）加入足量HNO3和H2SO4混酸得溶液Ⅰ，其中含有Zn2＋、Fe3＋和Cu2＋等金属阳离子，加入适量氢氧化锌调节pH使Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀，过滤，固体A为氢氧化铁，向滤液Ⅱ中加足量固体B，将Cu2＋转化为沉淀，过滤，固体C为含铜元素的沉淀和过量的固体B，溶液Ⅲ为硫酸锌溶液，经一系列操作的硫酸锌晶体，据此作答。
（1）固体A的主要成分是Fe(OH)3或氢氧化铁；加入固体B的主要作用是将Cu2+（或铜）从溶液Ⅱ中分离出来。
（2）粗锌中的铜与稀混酸溶液反应的离子方程式为3Cu＋8H+＋2NO3—＝3Cu2+＋2NO↑＋4H2O。
（3）若溶液II中c(Cu2+)为0.05mol·L—1，为保证Cu2＋不生成氢氧化铜沉淀，溶液中c2(OH－)≤Ksp[ Cu(OH)2]/ c(Cu2+)=1×10-18（mol/L）2，c(OH－)≤1×10-9mol/L，c(H＋)≥1×10-5mol/L，则溶液II的pH≤5。
（4）若B是Zn，则C为铜和锌的混合物。取8.320gC完全溶解于500mL 1mol·L—1稀硝酸中，发生反应：3M+8HNO3(稀)==3M(NO3)2+2NO↑+4H2O，分析反应过程知金属铜和锌失电子的物质的量与结合的氢氧根的物质的量相等，假设8.320g固体C完全是铜，n(Zn)=0.128mol，转移电子的物质的量为0.256mol，结合氢氧根的物质的量为0.256mol，质量为4.352g，即沉淀的质量为12.672g；，假设8.320g固体C完全是锌，n(Cu)=0.13mol，转移电子的物质的量为0.26mol，结合氢氧根的物质的量为0.26mol，质量为4.42g，即沉淀的质量为12.74g；即所得沉淀质量（m）的取值范围是12.67g＜m＜12.74g；根据题意知固体C加入盐酸后产生了有臭鸡蛋味气体，则固体B为ZnS，固体C为CuS和ZnS，该反应的离子方程式为ZnS＋2H+==Zn2+＋H2S↑。
（5）Na2S溶液的存在S2—的水解，(NH4)2S溶液存在NH4+和S2—的水解，Na2S溶液碱性较强，者制得的ZnS中会含有较多的Zn(OH)2杂质。
