Question

8．以炼锌厂的烟道灰如图（主要成分为ZnO，还含有少量Fe₂O₃、CuO、SiO₂、MnO等）为原料可生产草酸锌晶体（ZnC₂O₄•2H₂O）．

有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氢氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2
开始沉淀时的pH	1.9	6.5	4.2	5.4
完全沉淀时的pH	3.3	9.7	6.7	8.2

已知：K_sp（FeS）=1.4×10^-39，K_sp（MnS）=1.4×10^-13．
（1）滤渣A的主要成分为SiO₂（填化学式）．
（2）生成滤渣B的离子方程式为ZnS+Cu²⁺=CuS+Zn²⁺．
（3）除铁时加入ZnO控制反应液的pH范围为3.3～5.4．
（4）该炼锌厂废气中含有H₂S，可用FeCl₃溶液吸收H₂S，得到单质硫，过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解滤液．
①FeCl₃与H₂S反应的离子方程式为2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺．
②电解池中阴极的电极反应式为2H⁺-2e^-=H₂↑．
（5）25℃时，向0.10mol•L^-1的H₂S溶液中通入HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH与c（S^2-）的关系如图2所示（忽略溶液体积的变化和H₂S的挥发）

①pH=13时，溶液中的c（H₂S）+c（HS^-）=0.043mol•L^-1
②某溶液中含未知浓度的Mn²⁺、0.01mol•L^-1Fe²⁺和0.10mol•L^-1H₂S，当溶液pH=2时，Fe²⁺ 开始沉淀，当Mn²⁺开始沉淀时，溶液中
$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（F{e}^{2+}）}$=2×10⁶．

Answer 1

分析 用盐酸酸浸时SiO₂不溶解，过滤分离，滤渣A为SiO₂，滤液中加入过氧化氢进行除锰，再通过调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤分离，滤液中再加入ZnS，Cu²⁺转化为CuS沉淀，过滤除去的滤渣B为CuS，滤液中主要为氯化锌，加入草酸铵得到草酸锌晶体，最终的滤液中含有氯化铵等；
（1）由分析可知，烟道灰中的成分不溶于稀盐酸的应该是二氧化硅；
（2）滤渣B为CuS，加入ZnS是利用沉淀的转化将溶液里的Cu²⁺转化为CuS；
（3）除铁（部分Cu²⁺可能被除去）时加入ZnO控制pH使铁离子沉淀完全，而Zn²⁺不能沉淀；
（4）①三价铁离子具有强的氧化性能够氧化硫化氢生成单质硫；
②电解池的阴极是溶液中的H⁺发生还原反应生成氢气；
（5）①pH=13时，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根据硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1；
②当Qc=K_sp（MnS）时开始沉淀，由此求出硫离子的浓度，结合图象得出此时的pH；根据MnS和FeS的Ksp计算；

解答 解：用盐酸酸浸时SiO₂不溶解，过滤分离，滤渣A为SiO₂，滤液中加入过氧化氢进行除锰，再通过调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤分离，滤液中再加入ZnS，Cu²⁺转化为CuS沉淀，过滤除去的滤渣B为CuS，滤液中主要为氯化锌，加入草酸铵得到草酸锌晶体，最终的滤液中含有氯化铵等；
（1）由分析可知，滤渣A为SiO₂，故答案为：SiO₂；
（2）利用相同条件下CuS的溶解度明显小于ZnS，加入ZnS可将溶液里Cu²⁺转化为沉淀CuS，离子反应式为：ZnS+Cu²⁺=CuS+Zn²⁺，故答案为：ZnS+Cu²⁺=CuS+Zn²⁺；
（3）除铁（部分Cu²⁺可能被除去）时加入ZnO控制pH使铁离子沉淀完全，而Zn²⁺不能沉淀，故控制反应液pH的范围为3.3～5.4，
故答案为：3.3～5.4；
（4）①FeCl₃与H₂S反应生成硫单质、二价铁离子和水，离子方程式为 2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺；
故答案为：2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺；
②阴极生成氢气，电极反应式：2H⁺-2e^-=H₂↑，故答案为：2H⁺-2e^-=H₂↑；
（5）①根据溶液pH与c（S^2-）关系图pH=13时，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根据硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1，所以c（H₂S）+c（HS^-）=0.1-5.7×10^-2=0.043mol/L，
故答案为：0.043；
②当Qc=K_sp（FeS）时开始沉淀，所以c（S^2-）=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{c（F{e}^{2+}）}$=$\frac{1.4×1{0}^{-19}}{0.01}$mol/L=1.4×10^-17mol/L，结合图象得出此时的pH=2，所以pH=2时亚铁离子开始沉淀；
溶液中$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（F{e}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（MnS）}{{K}_{sp}（FeS）}$=$\frac{2.8×1{0}^{-13}}{1.4×1{0}^{-19}}$mol/L=2×10⁶；
故答案为：2；2×10⁶．

点评 本题考查物质制备工艺流程，关键是对工艺流程的理解，涉及陌生方程式书写、物质的分离提纯、对条件的控制与分析、原电池原理及计算等，是对学生综合能力的考查，是高考常考题目，熟练掌握元素化合物性质．