Question

4．2Zn（OH）₂•ZnCO₃是制备活性ZnO的中间体，以锌焙砂（主要成分为ZnO，含少量Cu²⁺、Mn²⁺等离子）为原料制备2Zn（OH）₂•ZnCO₃的工艺流程如图：

请回答下列问题：
（1）（NH₄）₂SO₄与NH₃•H₂O组成的混合溶液工业上称为缓冲溶液，向该溶液中加入少量强酸或强碱，溶液的PH都不会有明显变化，请分别用离子方程式说明原因NH₃•H₂O+H⁺=NH₄⁺+H₂O，NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O．
（2）“浸取”时为了加快锌的浸出速率，可采取的措施有将锌焙砂粉碎；搅拌；适当加热提高浸取温度等（任写两种）；
（3）“浸取”时加入的NH₃•H₂O过量，写出生成MnO₂的离子方程式Mn²⁺+H₂O₂+2NH₃•H₂O=MnO₂↓+2NH₄⁺+2H₂O；
（4）适量S^2-能将Cu²⁺转化为硫化物沉淀而除去，若选择ZnS进行除杂，是否可行？可行；用计算说明原因：ZnS+Cu²⁺=CuS+Zn²⁺K=$\frac{Ksp（ZnS）}{Ksp（CuS）}$=1.2×10¹²＞1×10⁵反应趋于完全；[已知：K_sp（ZnS）=1.6×l0^-24，K_sp（CuS）=1.3×l0^-36
（5）“沉锌”的离子方程式是3Zn²⁺+6HCO₃^-=2Zn（OH）₂•ZnCO₃↓+5CO₂↑+H₂O；
（6）该过程中，蒸氨所得氨气可循环利用，“过滤 III”所得滤液也可循环使用，其主要成分的化学式是（NH₄）₂SO₄．

Answer 1

分析 制备2Zn（OH）₂•ZnCO₃流程为：锌焙砂（主要成分为ZnO，含少量Cu²⁺、Mn²⁺等离子）中加入硫酸铵、氨水、双氧水，双氧水将锰离子氧化成二氧化锰：Mn²⁺+H₂O₂+2NH₃•H₂O=MnO₂↓+2 NH₄⁺+2H₂O，过滤后在滤液中加硫化铵，再过滤，除去铜离子，蒸氨除去多余的氨气，加入碳酸氢铵得到2Zn（OH）₂•ZnCO₃和二氧化碳气体，过滤得2Zn（OH）₂•ZnCO₃，滤液为硫酸铵溶液，
（1）加碱时，NH₄⁺与氢氧根离子生成NH₃•H₂O，加酸时，NH₃•H₂O 与氢离子生成NH₄⁺；
（2）根据影响反应速率的因素判断“浸取”时为了提高锌的浸出率，可采取的措施；
（3）“浸取”时加入的NH₃•H₂O过量，溶液呈碱性，双氧水将锰离子氧化成MnO₂，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式；
（4）根据反应ZnS+Cu²+=CuS+Zn²⁺，可知K=$\frac{Ksp（ZnS）}{Ksp（CuS）}$=1.2×10¹²，结合题中信息可判断ZnS除杂，是否可行；
（5）“沉锌”的过程为溶液中的锌离子与碳酸氢铵溶液反应生成2Zn（OH）₂•ZnCO₃，据此书写离子方程式；
（6）“过滤3”所得滤液为硫酸铵溶液，可循环使用．

解答 解：（1）（NH₄）₂SO₄与NH₃•H₂O组成的混合溶液中加酸：NH₃•H₂O+H⁺=NH₄⁺+H₂O，加碱：NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，溶液的PH都不会有明显变化；
故答案为：NH₃•H₂O+H⁺=NH₄⁺+H₂O，NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O；
（2）根据影响反应速率的因素判断“浸取”时为了提高锌的浸出率，可采取的措施为将锌焙砂粉碎；搅拌；适当加热提高浸取温度等；
故答案为：将锌焙砂粉碎；搅拌；适当加热提高浸取温度等；
（3）“浸取”时加入的NH₃•H₂O过量，溶液呈碱性，双氧水将锰离子氧化成MnO₂，反应的离子方程式为Mn²⁺+H₂O₂+2NH₃•H₂O=MnO₂↓+2NH₄⁺+2H₂O；
故答案为：Mn²⁺+H₂O₂+2NH₃•H₂O=MnO₂↓+2 NH₄⁺+2H₂O；
（4）根据反应ZnS+Cu²+=CuS+Zn²⁺，可知K=$\frac{Ksp（ZnS）}{Ksp（CuS）}$=1.2×10¹²＞＞1×10⁵，K＞10⁵化学反应完全，所以选择ZnS进行除杂是可行的；
故答案为：可行；ZnS+Cu²⁺=CuS+Zn²⁺  K=$\frac{Ksp（ZnS）}{Ksp（CuS）}$=1.2×10¹²＞1×10⁵反应趋于完全；
（5）“沉锌”的过程为溶液中的锌离子与碳酸氢铵溶液反应生成2Zn（OH）₂•ZnCO₃，离子方程式为3Zn²⁺+6HCO₃^-=2Zn（OH）₂•ZnCO₃↓+5CO₂↑+H₂O；
故答案为：3Zn²⁺+6HCO₃^-=2Zn（OH）₂•ZnCO₃↓+5CO₂↑+H₂O；
（6）“过滤3”所得滤液为硫酸铵溶液，可循环使用，其化学式为（NH₄）₂SO₄；
故答案为：（NH₄）₂SO₄．

点评 本题考查了物质制备方案的设计、物质分离与提纯方法的综合应用，题目难度较大，明确制备流程为解答关键，注意掌握常见物质分离与提纯的操作方法，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．