Question

11．由菱锌矿（主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等）制备ZnSO₄溶液的流程如图所示：

已知：Zn（OH）₂与Al（OH）₃相似，能溶于过量的NaOH溶液生成Na₂[Zn（OH）₄]．
回答下列问题：
（1）滤渣1主要成分的化学式为SiO₂，滤液3中c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+2c（SO₄^2-）．
（2）滤渣1中加入H₂O₂的目的是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺以便于转化成沉淀除去，涉及的离子方程式为2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O
（3）已知：K_SP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_SP[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20
①常温下，当溶液中加入NaOH溶液使pH=11时Zn（OH）₂开始溶解，此时溶液中c（Cu²⁺）/c（Fe³⁺）为5.0×10¹⁴．Zn（OH）₂溶解于NaOH溶液的离子方程式为Zn（OH）₂+2OH^-=[Zn（OH）₄]^2-．
②常温下，Fe（OH）₃（s）、Cu（OH）₂（s）分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后，改变溶液pH．金属阳离子浓度的变化如图所示，下列判断正确的是BC．
A．加适量氯化铵固体可使溶液由a点变到b点
B．c、d两点代表的溶液中c（H⁺）与c（OH^-）乘积相等
C．Fe（OH）₃、Cu（OH）₂分别在b、c两点代表的溶液中达到饱和
（4）工业上由ZnSO₄与BaS溶液混合可制取白色颜料锌钡白（ZnS、BaSO₄）．在锌钡白中滴加CuSO₄溶液振荡后静置，有黑色沉淀产生．原因是ZnS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Zn²⁺（aq）（用离子方程式表示）．

Answer 1

分析 由流程可知，菱锌矿的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等，加硫酸，只有SiO₂不反应，经过过滤进行分离，则滤渣1为SiO₂，滤液1含有硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸锌、剩余的硫酸，加氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子，再加过量的NaOH，Zn²⁺转化ZnO₂^2-，使Cu²⁺、Fe³⁺转化为沉淀，通过过滤从溶液中除去，则滤渣2为Fe（OH）₃、Cu（OH）₂，滤液2中含有Na₂ZnO₂及过量的NaOH，④通二氧化碳将ZnO₂^2-转化为沉淀，则滤渣3为Zn（OH）₂，步骤⑤主要发生氢氧化锌与硫酸的反应，滤液3含有碳酸氢钠，以此解答该题．

解答 解：由流程可知，菱锌矿的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等，加硫酸，只有SiO₂不反应，经过过滤进行分离，则滤渣1为SiO₂，滤液1含有硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸锌、剩余的硫酸，加氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子，再加过量的NaOH，Zn²⁺转化ZnO₂^2-，使Cu²⁺、Fe³⁺转化为沉淀，通过过滤从溶液中除去，则滤渣2为Fe（OH）₃、Cu（OH）₂，滤液2中含有Na₂ZnO₂及过量的NaOH，④通二氧化碳将ZnO₂^2-转化为沉淀，则滤渣3为Zn（OH）₂，步骤⑤主要发生氢氧化锌与硫酸的反应，滤液3含有碳酸氢钠，
（1）由以上分析可知滤渣1主要成分为SiO₂，滤液3含有碳酸氢钠，和硫酸钠，由电荷守恒可知c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+2c（SO₄^2-），
故答案为：SiO₂；c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+2c（SO₄^2-）；
（2）过氧化氢具有强氧化性，可氧化亚铁离子，反应的离子方程式为2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，将Fe²⁺氧化成Fe³⁺以便于转化成沉淀除去，
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺以便于转化成沉淀除去；2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）①溶液中加入NaOH溶液使pH=11时，c（Cu²⁺）=$\frac{2.0×1{0}^{-20}}{（1×1{0}^{-3}）^{2}}$=2.0×10^-14mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1×1{0}^{-3}）^{3}}$mol/L=4.0×10^-29mol/L，
则溶液中c（Cu²⁺）/c（Fe³⁺）为5.0×10¹⁴，
Zn（OH）₂与Al（OH）₃相似，能溶于过量的NaOH溶液生成Na₂[Zn（OH）₄]，Zn（OH）₂溶解于NaOH溶液的离子方程式为Zn（OH）₂+2OH^-=[Zn（OH）₄]^2-，
故答案为：5.0×10¹⁴；Zn（OH）₂+2OH^-=[Zn（OH）₄]^2-；
 ②A．向溶液中加入NH₄Cl固体，铵根离子与氢氧根离子结合生成一水合氨，会导致溶液中的c（OH^-）减小，故不能使溶液由a点变到b点，故A错误；
B．只要温度不发生改变，Kw就不变，该题中温度条件不变，c、d两点代表的溶液中c（H⁺）与c（OH^-）乘积相等，故B正确；
C．曲线为沉淀溶解平衡曲线，曲线上的点为平衡点，已知b、c两点分别处在两条的沉淀溶解平衡曲线上，所以两点均代表溶液达到饱和，故C正确，
故答案为：BC；
（4）CuS的溶度积较小，则可转化为CuS黑色沉淀，发生ZnS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Zn²⁺（aq），故答案为：ZnS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Zn²⁺（aq）．

点评 本题考查物质制备流程分析判断，为高频考点，侧重于学生的分析、实验和计算能力的考查，把握环节中所得物质成分及除杂试剂、循环利用的物质推断为解答的关键，涉及离子方程式、实验方案的评价等，题目难度中等．