Question

工业上常回收冶炼锌废渣中的锌（含有ZnO、FeO、Fe₂O₃、CuO、Al₂O₃等杂质），并用来生产Zn（NO₃）₂?6H₂O晶体，其工艺流程为：

有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氢氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2
开始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2	5.4
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7	8.0

（1）在“酸浸”步骤中，为提高锌的浸出速率，除通入空气“搅拌”外，还可采取的措施是

 

．
（2）在“除杂I”步骤中，需再加入适量H₂O₂溶液，目的是将Fe²⁺氧化为

 

，便于调节溶液的pH使铁元素转化为氢氧化物沉淀除去．为使Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀完全，而Zn（OH）₂不沉淀，应控制溶液的pH范围为

 

～

 

．检验Fe³⁺是否沉淀完全的实验操作是静置片刻，取少量上层清液，滴加

 

溶液，若不出现血红色，表明Fe³⁺沉淀完全．
（3）加入Zn粉的作用是除去溶液中的

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：生产Zn（NO₃）₂?6H₂O晶体，其工艺流程为：冶炼锌废渣中的锌（含有ZnO、FeO、Fe₂O₃、CuO、Al₂O₃等杂质），加入硝酸通入空气酸浸过滤后得到滤液含有Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺（少量）、Cu²⁺、Al³⁺，在“除杂I”步骤中，需再加入适量H₂O₂溶液，目的是将未被氧化的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，调节溶液PH使铁离子、铝离子全部沉淀，过滤后滤液中加入锌除去铜离子，过滤得到硫酸锌溶液，加热蒸发，浓缩结晶，过滤洗涤得到ZnSO₄?6H₂O晶体；
（1）根据一项化学反应速率的因素考虑，从温度、浓度、增大接触面积等分析增大反应速率；
（2）H₂O₂与Fe²⁺发生氧化还原反应生成铁离子；根据沉淀和pH表分析控制溶液的pH，利用铁离子与KSCN反应出现血红色来检验铁离子是否存在；
（3）锌比铜活泼，Zn与溶液中铜离子反应，冷却结晶得到Zn（NO₃）₂?6H₂O晶体．

解答： 解：生产Zn（NO₃）₂?6H₂O晶体，其工艺流程为：冶炼锌废渣中的锌（含有ZnO、FeO、Fe₂O₃、CuO、Al₂O₃等杂质），加入硝酸通入空气酸浸过滤后得到滤液含有Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺（少量）、Cu²⁺、Al³⁺，在“除杂I”步骤中，需再加入适量H₂O₂溶液，目的是将未被氧化的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，调节溶液PH使铁离子、铝离子全部沉淀，过滤后滤液中加入锌除去铜离子，过滤得到硫酸锌溶液，加热蒸发，浓缩结晶，过滤洗涤得到ZnSO₄?6H₂O晶体；
（1）因适当升高反应温度（或增大硝酸浓度、将锌废渣粉碎等）可提高锌的浸出速率，所以在“酸浸”步骤中，为提高锌的浸出速率，除通入空气“搅拌”外，还可采取上述措施，
故答案为：适当升高反应温度（或增大硝酸浓度、将锌废渣粉碎等）；
（2））“除杂I”步骤中，需再加入适量H₂O₂溶液，H₂O₂与Fe²⁺反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，则加入适量H₂O₂溶液，目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；由表格中的数据可知，氢氧化锌开始沉淀的pH为5.4，氢氧化铝完全沉淀的pH为5.2，则为使Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀完全，而Zn（OH）₂不沉淀，应控制溶液的pH范围为5.2～5.4，又铁离子与KSCN反应出现血红色，则静置片刻，取少量上层清液，滴加KSCN溶液，若不出现血红色，表明Fe³⁺沉淀完全，
故答案为：Fe³⁺；5.2；5.4；KSCN；
（3）根据金属活动顺序表可知，锌比铜活泼，由流程图及离子沉淀的pH，则加入Zn粉的作用除去溶液中的Cu²⁺，除杂后的溶液加热浓缩后、冷却结晶得到晶体，
故答案为：Cu²⁺．

点评：本题考查晶体的制备及混合物的分离、提纯，注意已知信息与所学知识的结合来分析解答问题，除杂流程及表格数据是解答本题的关键，题目难度中等．