Question

9．碱式碳酸锌 xZnCO₃•yZn（OH）₂•zH₂O主要用做橡胶硫化促进剂，工业上利用锌焙砂（主要成分是ZnO、SiO₂，还含有Fe₂O₃、CuO等）生产碱式碳酸锌的工艺流程如下：

请回答下列问题：
（1）向锌焙砂加入足量稀硫酸进行酸溶的过程中，所发生反应的离子方程式为Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O（写其中任意两个）．
（2）从滤渣I中分离出S1O₂的部分流程如下：滤渣1$→_{过滤}^{试剂X}$溶液$→_{过滤}^{通入足量CO_{2}}$沉淀$\stackrel{操作1}{→}$SiO₂
①试剂X的名称为氢氧化钠．
②操作1的方法为灼烧．
（3）加入锌粉的目的是除去溶液中的Fe²⁺、Cu²⁺，从滤渣Ⅱ中获取铜的操作方法为向滤渣2中加入过量的稀硫酸（或稀盐酸），充分反应后过滤．
（4）高温煅烧碱式碳酸锌得到ZnO，取碱式碳酸锌3.41g，在高温下煅烧至恒重，得到固体2.43g和标准状况下CO₂0.224L，则该碱式碳酸锌的化学式为Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O或ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O．

Answer 1

分析 利用锌焙砂（主要成分是ZnO、SiO₂，还含有Fe₂O₃、CuO等）生产碱式碳酸锌的工艺流程：锌焙砂含有少量氧化铜和氧化铁等杂质．加入稀硫酸溶解过滤，ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O，Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，滤渣Ⅰ为二氧化硅、不溶性杂质，得到溶液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸铁，在金属活动顺序表中，锌排在铁、铜的前面，加入过量锌粉锌将三价铁离子还原成亚铁离子，锌置换出铁和铜，滤渣2为Zn、Fe、Cu，过滤得到溶液中加入碳酸钠过滤得到碱式碳酸锌．
（1）二氧化硅不与硫酸反应，氧化锌、氧化铁、氧化铜分别与酸反应生成相应的离子；
（2）二氧化硅和氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，通入二氧化碳，二氧化碳和硅酸钠溶液反应生成硅酸沉淀，灼烧分解生成二氧化硅；
（3）在金属活动顺序表中，锌排在铁、铜的前面，加入过量锌粉置换出铁和铜，锌、铁能和硫酸反应，而铜不能，加硫酸从滤渣Ⅱ中获取铜；
（4）碱式碳酸锌分解生成氧化锌，二氧化碳和水，结合元素守恒计算化学式．

解答 解：（1）锌焙砂（主要成分是ZnO、SiO₂，还含有Fe₂O₃、CuO等）加入稀硫酸溶解：ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O，离子反应为：ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O，
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，离子反应为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，离子反应为：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，二氧化硅不与硫酸反应，
故答案为：ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O（CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O）；
（2）滤渣Ⅰ为二氧化硅、不溶性杂质，二氧化硅与氢氧化钠反应生成可溶性的硅酸钠和水，所以加入氢氧化钠，其反应化学方程式为SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O，通入二氧化碳，二氧化碳和硅酸钠溶液反应CO₂+Na₂SiO₃+H₂O=H₂SiO₃↓+Na₂CO₃，生成硅酸沉淀，灼烧分解生成二氧化硅：H₂SiO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiO₂+H₂O，
故答案为：①氢氧化钠；②灼烧；
（3）加入过量锌粉锌将三价铁离子还原成亚铁离子3Zn+2Fe³⁺=3Zn²⁺+2Fe²⁺，在金属活动顺序表中，锌排在铁、铜的前面，加入过量锌粉置换出铁和铜，锌、铁能和硫酸（或盐酸）反应，而铜不能，加硫酸（或盐酸）从滤渣Ⅱ中获取铜，
故答案为：除去溶液中的Fe²⁺、Cu²⁺；向滤渣2中加入过量的稀硫酸（或稀盐酸），充分反应后过滤；
（4）碱式碳酸锌分解生成氧化锌，二氧化碳和水，结合元素守恒计算化学式；加碳酸铵时生成的沉淀是碱式碳酸锌，取该碱式碳酸锌3.41g，在400～500℃下加热至质量不再变化，得到氧化锌2.43g物质的量=$\frac{2.43g}{81g/mol}$=0.03mol，标准状况下的CO₂ 0.224L，物质的量=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol
水的物质的量=$\frac{3.41g-2.43g-0.01mol×44g/mol}{18g/mol}$=0.03mol
氧元素物质的量=$\frac{3.41g-0.03mol×65g/mol-0.01mol×12g/mol-0.06mol×1g/mol}{16g/mol}$=0.08mol
n（Zn）：n（C）：n（H）：n（O）=0.03：0.01：0.06：0.08=3：1：6：8，碱式盐为Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O或ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，
故答案为：Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O或ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O．

点评 本题考查了物质分离提纯的实验方法和过程分析判断，为高频考点，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，注意把握题干信息的分析理解，操作步骤的注意问题和基本操作方法，（4）碱式碳酸锌的化学式的计算是解题关键，题目难度中等．