题目内容

10．活性氧化锌（ZnO） 是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，近几年有关该物质的制备成为化工行业研究的热点．某校化学兴趣小组的同学参观了某厂用粗ZnO制备活性ZnO的生产流程，做如下探究．
Ⅰ、制备活性氧化锌
一种由粗ZnO（含FeO、CuO）制备活性ZnO的流程如图1：

【查阅资料】①、粗ZnO中常含杂质FeO、CuO
②、反应3是为了制得碱式碳酸锌、碱式碳酸锌经焙烧可制得活性ZnO
③、已知：几种物质沉淀时的pH如下表：
物质Fe（OH）2Fe（OH）3Zn（OH）2Cu（OH）2
开始沉淀时pH6.341.486.25.2
完全沉淀时pH9.73.28.06.4
Fe（OH）2是一种絮状沉淀，不易除去，处理时常将其转化为Fe（OH）3而除去．
请问答下列问题：
（1）溶解前将氧化锌粗品粉碎成细颗粒，目的是增大反应物的接触面积或加快溶解速率．
（2）写出在粗ZnO样品中加硫酸发生反应的化学方程式ZnO+H2SO4═ZnSO4+H2O（选写一个）．
（3）反应1的目的是将Fe2+氧化为Fe3+，并完全沉淀Fe（OH）3，为了暂不形成Cu（OH）2、Zn （OH）2，该步骤需控制溶液pH的范围是3.2～5.2．
（4）操作A的名称是过滤，该过程中使用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗．
（5）反应2中加入锌发生的反应属于置换反应（填化学反应的基本类型）．
（6）B溶液的溶质是（NH4）2SO4，检验其中是否含NH4+ 的方法为可加入NaOH浓溶液加热，观察现象，如有刺激性气味的气体生成，则说明含有NH4+．
Ⅱ、测定碱式碳酸锌的化学式
该兴趣小组的同学欲写出上述流程中碱式碳酸锌焙烧生成氧化锌的化学方程式，但不知道碱式碳酸锌的化学式（xZnCO3•yZn（OH）2•zH2O），于是从该厂带回部分焙烧前的碱式碳酸锌样品在老师的指导下完成下列实验．
用下列装置测定碱式碳酸锌的化学组成，计算xZnCO3•yZn（OH）2•zH2O中x：y：z的最简比．（假设每步反应、吸收均完全）
【实验步骤】
①按图2连接好装置，并检查装置的气密性检查装置的气密性；
②在热分解装置中装入68.2g样品，打开活塞打开K1K2，，关闭K3，缓缓鼓入空气数分钟； ③称量装置C、D的质量；④关闭活塞K1，K2，打开K3，打启动热分解装置，使样品充分热解；⑤停止加热，继续通空气至装置冷却到室温； ⑥再次分别称量装置C、D的质量．
[进行实验]该小组同学按上述实验步骤进行实验，并记录了如下数据：
装置C的质量（/g）装置D的质量（/g）
实验前198.4235.7
实验后209.2244.5
【实验分析及数据处理】：
（1）A处干燥管盛放的药品是碱石灰（CaO与NaOH的固体混合物），其作用是吸收空气中的水和二氧化碳．
（2）第⑤步继续通空气的目的是把产生的气体全部推入C、D中使之被完全吸收．
（3）老师在审阅方案后指出应该在E处再增加一套装置，你认为所加仪器名称是干燥管，，仪器中药品是碱石灰，其作用是防止空气中的水和二氧化碳进入D中，若没有此装置，测得二氧化碳的质量偏大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
（4）根据上述数据，计算xZnCO3•yZn（OH）2•zH2O中x：y：z的最简比=1：2：1，
并写出计算过程．
提示：①xZnCO3•yZn（OH）2•zH2O受热分解为ZnO、H2O、CO2 三种产物，其中
ZnCO3  $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnO+CO2↑   
Zn（OH）2 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnO+H2O
②可能用到的相对分子量：ZnCO3125    Zn（OH）2 99    ZnO 81    H2O 18    CO244
该碱式碳酸锌受热分解的化学方程式为ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3ZnO+3H2O+CO2↑．

分析 Ⅰ、制备活性氧化锌
（1）考虑反应物的接触面积；
（2）考虑ZnO样品与硫酸的反应；
（3）由表格中的数据，推测溶液pH的范围；
（4）操作a是将固体与溶液分离，应采取过滤的方法，过滤所用的主要玻璃仪器有：烧杯、漏斗、玻璃棒；
（5）考虑锌与稀硫酸的反应；
（6）根据氨根与碱反应，生成刺激性气味的气体生成．
Ⅱ、测定碱式碳酸锌的化学式
【实验步骤】
①根据装置要求，连接好装置，并检查装置的气密性进行解答；
②装置内有空气，含有水蒸气和二氧化碳，影响水蒸气和二氧化碳质量的测定，故实验前要通入空气，赶走装置中含有水蒸气和二氧化碳，减少误差．
【实验分析及数据处理】：
（1）根据装置内有空气，含有水蒸气和二氧化碳，影响水蒸气和二氧化碳质量的测定，实验前要通入空气，赶走装置中含有水蒸气和二氧化碳，减少误差解答；
（2）根据B装置中的反应完全后，装置中的残留少量水蒸气和二氧化碳，为减少误差，应全部赶到装置C和D中解答；
（3）D装置中盛放的碱石灰容易吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，应在D装置之后添加一个盛有碱石灰（或氧化钙）的干燥管，防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入D装置中，影响测量结果．
（4）碱式碳酸锌样品22.6g，反应前C装置的质量为198.4g，反应后质量为209.2g，故生成水的质量为209.2g-198.4g=10.8g；反应前D装置的质量为235.7g，反应后质量为244.5g，生成二氧化碳的质量为8.8g，故氧化锌的质量为22.6g-1.8g-8.8g=12g，计算各物质的物质的量，利用元素守恒计算碱式碳酸锌中x、y、z，据此书写碱式碳酸锌化学式．根据题中信息写出化学方程式．

解答 解：Ⅰ、制备活性氧化锌
（1）溶解前将氧化锌粗品粉碎成细颗粒，目的是增大反应物的接触面积或加快溶解速率I制备活性氧化锌．
（2）在粗ZnO样品中加硫酸发生反应的化学方程式 ZnO+H2SO4═ZnSO4+H2O等（写CuO或FeO与硫酸反应也正确）；
（3）由表格可知：反应1的目的是将Fe2+氧化为Fe3+，并完全沉淀Fe（OH）3，为了暂不形成Cu（OH）2、Zn （OH）2，该步骤需控制溶液pH的范围是 3.2～5.2；
（4）操作a是将固体与溶液分离，应采取过滤的方法，过滤所用的主要玻璃仪器有：烧杯、漏斗、玻璃棒，故答案为：过滤；烧杯、漏斗、玻璃棒；
（5）反应2中加入锌发生的反应为锌与稀硫酸反应，属于置换反应；
（6）B溶液的溶质是（NH4）2SO4，检验其中是否含NH4+的方法为可加入NaOH浓溶液加热，观察现象，如有刺激性气味的气体生成，则说明含有NH4+．
【实验步骤】
①由实验原理可知，实验需要通过测量D装置内碱石灰的增重，计算生成的二氧化碳的质量，通过测量C装置装置，计算生成的水的质量，故应首先检验装置的气密性．
②装置内有空气，含有水蒸气和二氧化碳，影响水蒸气和二氧化碳质量的测定，故实验前要通入空气，赶走装置中含有水蒸气和二氧化碳，减少误差．
活塞的操作方法是：打开活塞K1、K2，关闭活塞K3；
【实验分析及数据处理】：
（1）装置内有空气，含有水蒸气和二氧化碳，影响水蒸气和二氧化碳质量的测定，实验前要通入空气，赶走装置中含有水蒸气和二氧化碳，减少误差，故A装置应吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，A装置内可以选用碱石灰（或氧化钙），其作用是吸收空气中的水和二氧化碳；
（2）B装置中的反应完全后，装置中的残留少量水蒸气和二氧化碳，为减少误差，应全部赶到装置C和D中，故第⑤步继续通空气的目的是把产生的气体全部推入C、D中使之被完全吸收；
（3）D装置中盛放的碱石灰容易吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，应在D装置之后添加一个盛有碱石灰（或氧化钙）的干燥管，防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入D装置中，影响测量结果．若没有此装置，测得二氧化碳的质量偏大；
（4）碱式碳酸锌样品68.2g，反应前C装置的质量为198.4g，反应后质量为209.2g，故生成水的质量为209.2g-198.4g=10.8g；反应前D装置的质量为235.7g，反应后质量为244.5g，生成二氧化碳的质量为8.8g，故氧化锌的质量为68.2g-10.8g-8.8g=48.6g，故
xZn CO3•yZn（OH）2•zH2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（x+y）ZnO+（y+z）H2O+xCO2↑
                                                    81（x+y）       18（y+z）      44x  
                                                        8.6g             0.8g            8.8g
  则x：y：z的最简比=1：2：1 
碱式碳酸锌受热分解的化学方程式为ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3ZnO+3H2O+CO2↑；
故答案为：Ⅰ、（1）增大反应物的接触面积或加快溶解速率；
（2）ZnO+H2SO4═Zn SO4+H2O等；
（3）3.2～5.2；（4）过滤；玻璃棒、漏斗；
（5）置换；（6）可加入NaOH浓溶液加热，观察现象，如有刺激性气味的气体生成，则说明含有NH4+．
Ⅱ、[实验步骤]
①气密性      ②打开K1 K2，K3    
[实验分析及数据处理]：
（1）吸收空气中的水和二氧化碳
（2）把产生的气体全部推入C、D中使之被完全吸收
（3）干燥管，碱石灰      防止空气中的水和二氧化碳进入D中，偏大
（4）1：2：1；ZnCO3•2Zn（OH）2•H2O  $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3ZnO+3H2O+CO2．

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、氧化学计算等，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

练习册系列答案
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20．某校同学以“比较锰、铁、铜3种金属的活动性”为课题进行探究，提供的药品：铁片、铜片、锰片、稀盐酸，硫酸亚铁溶液、硫酸铜溶液、硫酸锰溶液．
【做出猜想】：他们已知铁的活动性比铜强，据此对3种金属的活动性顺序作出如下猜想，
猜想一：锰 铁 铜；猜想二：铁 铜 锰 猜想三：铁、锰、铜
设计实验】为了难猜想成立，同学位 分成三组分别针对一种猜想设计实验方案．
（1）第一组验证猜想一，实验方案是将锰片、铁片分别放入稀盐酸中，观察现象．
（2）第二组验证猜想二，实验方案是将锰片放入硫酸铜溶液 中，观察现象．
（3）第三组验证猜想三，实验方案（限用两个实验）：将锰片放入硫酸亚铁溶液中观察现象；将锰片放入硫酸铜溶液中，观察现象．
【实验现象与结论】各组通过实验和交流，确认猜想一是正确的，第一组同学的实验现象是：都有气泡产生，锰片反应比铁片剧烈．
1．铁丝燃烧时瓶中放水的目的是什么？
18．用一种物质鉴别下列物质：
（1）KOH溶液、稀H2SO4、NaCl溶液，所用的试剂为紫色的石蕊试液；
（2）KOH溶液、石灰水、稀盐酸，所用的试剂为碳酸钠溶液；
（3）食盐、硝酸铵，烧碱所用的试剂蒸馏水．
5．2013年4月，四川雅安发生了7.0级地震．震后灾区人民的饮用水可用漂白粉消毒．漂白粉的制取原理为：2Cl2+2Ca（OH）2=X+Ca（ClO）2+2H2O，此反应中X的数值为（　　）
A．CaOB．CaH2C．CaCl3D．CaCl2
15．空气是一种宝贵的自然资源，空气中的多种成分在工农业生产中都有广泛的用途，下列用途中利用的是该气体的物理性质的是（　　）
A．氧气-用于炼钢B．氮气-用作保护气
C．氦气-用于充气球D．二氧化碳-用作气体肥料
2．下列知识归纳、完全正确的一组是（　　）
 A．能源问题 B．认识粒子
 ①太阳能、风能是清洁能源
②氢气是最清洁的燃料
③天然气清洁环保，取之不尽，用之不竭		 ①原子比分子小
②分子运动原子不运动
③分子由原子构成
 C．环境问题 D．燃烧条件
 ①空气污染物主要是粉尘和有害气体
②水污染主要来自工业、农业和生活污染
③二氧化碳无毒，对环境不会影响		 ①可燃物
②氧气（或空气）
③温度达到着火点
A．AB．BC．CD．D
19．如图为干电池的结构示意图，请利用所学知识完成下列问题
（1）碳棒（主要成分是石墨）用作干电池的正极是利用了石墨的导电性．
（2）干电池的材料很多可以回收利用．例如双氧水与回收的二氧化锰可用于实验室制取氧气，请写出反应的化学方程式2H2O2$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H2O+O2↑．
20．如图实验基本操作错误的是（　　）
A．
    检查装置气密性		B．
滴加液体		C．
        过滤		D．
   点燃酒精灯

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