Question

12．据报道，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．云南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，化学工艺流程如图：

（1）通过焰色反应可以检验流程中滤液2中含有Na⁺．
（2）上述流程图中pH=12的Na₂CO₃溶液中c（CO${\;}_{3}^{2-}$）=0.50mol/L，c（HCO${\;}_{3}^{-}$）=1×10^-2mol/L，则
c（Na⁺）：c（OH^-）=102：1．
（3）“溶解”后得到的酸性溶液中含有Zn²⁺、SO${\;}_{4}^{2-}$，另含有Fe²⁺、Cu²⁺等杂质．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（OH）₃，同时KMnO₄转化为MnO₂．经检测溶液中Fe²⁺的浓度为0.009mol•L^-1，则每升溶液中至少应加入0.003mol KMnO₄．
（4）已知常温下，Cu（OH）₂的溶度积常数Ksp=2×10^-20．溶液中杂质Cu²⁺浓度为0.002mol•L^-1，若要生成沉淀，则应调节溶液的pH大于6．
（5）“沉淀”得到ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，“煅烧”在450～500℃下进行，“煅烧”反应的化学方程式为：ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑．

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；
（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；
（4）Cu²⁺浓度为0.002mol•L^-1，转化为沉淀时c（OH^-）=$\sqrt{\frac{K{\;}_{sp}}{c（Cu{\;}^{2+}）}}$；
（5）“煅烧”反应生成ZnO、二氧化碳和水；

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），则c（Na⁺）=2×0.51 mol/L=1.02 mol/L，c（OH^-）=0.01mol/L，所以c（Na⁺）：c（OH^-）=102：1，
故答案为：102：1；
（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　n（Fe²⁺）=0.009 mol，由电子得失守恒，则n（KMnO₄）=$\frac{0.009mol}{（7-4）}$=0.003 mol，
故答案为：Na₂CO₃；0.003；
（4）Cu²⁺浓度为0.0002mol•L^-1，c（Cu²⁺）•[c（OH^-）]²=2×10^-20时开始出现沉淀，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{K{\;}_{sp}}{c（Cu{\;}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-20}}{0.0002}}$
=10^-8 mol•L^-1，pH=6，
故答案为：6；
（5）“煅烧”反应生成ZnO、二氧化碳和水，反应为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↑．

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．