题目内容
【题目】纳米微晶
(碱式碳酸锌)属于高端精细化工产品,晶粒粒度在
,不溶于水和醇。某高校实验室用工业级硫酸锌(主要成分为
,含少量
)制备纳米微晶碱式碳酸锌样品的流程如图所示:
已知:a.
的
分别是37.4、15.4、16.2。
b.残留在溶液中的离子浓度小于
时可认为沉淀完全。
c.滤渣Ⅲ所含主要金属元素是
。
(1)“除杂Ⅰ”的目的是除去溶液中的铁元素,则
的作用是________________;若溶液中
,此过程中还应调节溶液的
在____范围(不考虑离子间的相互影响)。
(2)“除杂Ⅱ”与“除杂Ⅲ”均为还原除杂。
①滤渣Ⅱ的主要金属元素是_________________________
②“除杂Ⅲ”中加入的
在溶液中主要以
形式存在。请写出锌与
反应生成“金属间化合物”
(中各元素化合价视为0价)的离子方程式:___________________________
(3)“沉锌”后得到的固体先用去离子水洗涤,再用乙醇洗涤。用乙醇洗涤的目的是_______________________
(4)加入
的主要目的是降低样品晶粒粒度,但主元素
的质量分数必须在56%以上。若镁、锌的质量比值过高,
还可能会生成_________(填化学式),从而对样品造成影响。
(5)样品中锌的含量可用
(可表示为
)滴定测定,反应的离子方程式为
。取
纳米微晶碱式碳酸锌样品,酸溶后得到pH为5~6的溶液,以二甲酚橙作指示剂,用
标准溶液滴定,消耗溶液
,则样品中锌的质量分数是_______(用代数式表示)。
【答案】将
氧化成
,以便形成氢氧化铁沉淀而除去 3.2≤pH＜5.9 Cu、Cd 
去除固体表面的水,便于干燥 
[或
] 
【解析】
根据工艺流程分析可知，工业级硫酸锌加水、硫酸溶解酸化后加入H2O2，将Fe2+氧化为Fe3+，控制pH将其沉淀为Fe(OH)3，过滤除去，除杂Ⅱ向滤液中加入锌粉，除去Cu2+和Cd2+，除杂Ⅲ再加入锌粉和少量Sb2O3，形成锑锌原电池，除去Co2+、Ni2+，过滤，再向滤液中加入NH4HCO3溶液和MgSO4·7H2O沉锌，洗涤干燥沉淀可得到产品，据此分析解答。
(1) “除杂Ⅰ”的目的是除去溶液中的铁元素，加入适量的H2O2溶液，可将Fe2+氧化为Fe3+，以便形成氢氧化铁沉淀而除去，已知
的
分别是37.4、15.4、16.2，则Ksp[Fe(OH)3]=10-37.4,Ksp[Zn(OH)2]=10-16.2，若溶液中c(Zn2+)=1.0mol/L，Zn(OH)2开始沉淀时，Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)×c2(OH-)，则
，c(H+)=10-5.9mol/L，此时溶液的pH=5.9，要使Zn2+不沉淀，则pH＜5.9，残留在溶液中的离子浓度小于
时可认为沉淀完全，则Fe3+完全沉淀时，c(Fe3+)=1.0×10-5mol/L，Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)，则
，c(H+)=10-3.2mol/L，此时溶液的pH=3.2，要使Fe3+完全沉淀，则pH≥3.2，故答案为：将氧化成,以便形成氢氧化铁沉淀而除去；3.2≤pH＜5.9；
(2)①除杂Ⅱ向滤液中加入锌粉还原除去Cu2+和Cd2+，滤渣Ⅱ的主要成分是Cu、Cd，故答案为：Cu、Cd；
②Zn与Co2+、HSbO2生成“金属间化合物”CoSb(CoSb中各元素的化合价视为0价)，Co元素的化合价由+2价降低至0价，Sb元素的化合价由+3价降低至0价，则生成CoSb化合价降低5价，而Zn元素的化合价由0价升高至+2价，根据得失电子守恒配平该反应的离子方程式为，故答案为：
；
(3)碱式碳酸锌不溶于乙醇，且乙醇与水互溶，用乙醇洗涤可去除固体表面的水，便于干燥，故答案为：去除固体表面的水，便于干燥；
(4)若镁、锌的质量比值过高，Mg2+浓度较大，可能会生成[或]，故答案为：[或]；
(5)根据
可知，Zn2+~EDTA(H2Y2-)，则n(Zn2+)=n(EDTA)，则样品中锌的质量分数是
，故答案为：
。
