题目内容
【题目】四水合磷酸锌[Zn3(PO4)2·4H2O]，摩尔质量为457g·mol-1，难溶于水］是一种性能优良的绿色环保防锈颜料。实验室以锌灰(含ZnO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)为原料制备Zn3(PO4)2·4H2O的流程如图，回答下列问题：
已知：6NH4HCO3+3ZnSO4 
ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑
(1)实验前需要将锌灰研磨成粉末状，原因是____。
(2)步骤I中需将溶液pH调至5.1，应选择的最佳试剂是___。(填字母)
a．NaOH b．ZnO c．Ba(OH)2
(3)步骤I滴加KMnO4溶液的目的是___。
(4)步骤Ⅱ中加入的a是___。
(5)步骤Ⅳ的化学方程式是___。
(6)步骤Ⅳ反应结束后得到Zn3(PO4)2·4H2O的操作包括___和干燥。
(7)称取45.7mgZn3(PO4)2·4H2O进行热重分析，化合物质量随温度的变化关系如图所示，为获得Zn3(PO4)2·2H2O和Zn3(PO4)2·H2O的混合产品，烘干时的温度范围为___。
【答案】增大接触面积、加快反应速率 b 使Fe2+转化为Fe3+从而一并除去 Zn(或锌) ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O+2H3PO4 
Zn3(PO4)2·4H2O+2H2O+CO2↑ 过滤、洗涤 145℃～195℃
【解析】
根据以锌灰(含ZnO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)为原料制备Zn3(PO4)2·4H2O的流程可知，在锌灰中加入稀硫酸，将锌灰中的ZnO、CuO、FeO、Fe2O3溶解，SiO2不溶，形成滤渣I；在滤得的溶液中加入高锰酸钾溶液，将亚铁离子氧化生成铁离子，并调节pH至5.1 除去铁离子，因此滤渣Ⅱ为氢氧化铁沉淀，然后再加入锌置换出溶液中的铜离子，过滤得滤渣Ⅲ，滤渣Ⅲ为铜；在滤液中加入碳酸氢铵，发生6NH4HCO3+3ZnSO4 ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑，得到的沉淀中再加入磷酸，将ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O转化为四水合磷酸锌[Zn3(PO4)2·4H2O]，据此分析解答。
(1)实验前将锌灰研磨成粉末状，再用稀硫酸浸取，可以增大接触面积、加快反应速率，提高浸取效率，故答案为：增大接触面积、加快反应速率；
(2)为了不引入新杂质，步骤I中将溶液pH调至5.1，最好选择ZnO，故答案为：b；
(3)根据上述分析，步骤I滴加KMnO4溶液的目的是将Fe2+转化为Fe3+，便于调节pH为5.1时一并除去，故答案为：使Fe2+转化为Fe3+从而一并除去；
(4)根据流程图和实验目的，步骤II中加入的a是锌，目的是除去溶液中的铜离子，故答案为：Zn(或锌)；
(5)步骤Ⅳ中加入磷酸是将ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O转化为四水合磷酸锌[Zn3(PO4)2·4H2O]，反应的化学方程式为ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O+2H3PO4 Zn3(PO4)2·4H2O+2H2O+CO2↑，故答案为：ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O+2H3PO4 Zn3(PO4)2·4H2O+2H2O+CO2↑；
(6)步骤Ⅳ反应结束后，从混合体系中得到Zn3(PO4)2·4H2O沉淀的操作为过滤、洗涤、干燥，故答案为：过滤、洗涤；
(7)根据图象，加热到90℃时，四水合磷酸锌[Zn3(PO4)2·4H2O]开始逐渐分解，当生成Zn3(PO4)2·2H2O，所得Zn3(PO4)2·2H2O的质量为
×45.7mg=42.1mg，此时温度为145℃，当生成Zn3(PO4)2·H2O，所得Zn3(PO4)2·H2O的质量为
×45.7mg=40.3mg，此时温度为195℃，因此当获得Zn3(PO4)2·2H2O和Zn3(PO4)2·H2O的混合产品时，烘干时的温度范围为145℃～195℃，故答案为：145℃～195℃。
