Question

4．2013年1月27日百度新闻资讯中报道，活性氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小约在1～100纳米．云南化工冶金研究所采用湿化学法（NPP-法）制备纳米级活性氧化锌，可用各种含锌物料为原料，采用酸浸出锌，经过多次净化除去原料中的杂质，然后沉淀获得碱式碳酸锌，最后焙解获得活性氧化锌，化学工艺流程如图：

（1）上述流程图中pH=12的Na₂CO₃溶液中c（CO₃^2-）=0.50mol/L，c（ HCO₃^-）=1×10^-mol/L，则c（Na⁺）：c（OH^-）=102：1．
（2）“溶解”后得到的酸性溶液中含有Zn²⁺、SO₄^2-，另含有Fe²⁺、Cu²⁺等杂质．先加入Na₂CO₃（填“Na2CO₃”或“H₂SO₄”）调节溶液的pH至5.4，然后加入适量KMnO₄，Fe²⁺转化为Fe（OH）₃，同时KMnO₄转化为MnO₂．经检测溶液中Fe²⁺的浓度为0.009mol•L^-1，则每升溶液中至少应加入0.003mol KMnO₄．
（3）已知常温下，Cu（OH）₂的溶度积常数K_sp=2×10^-20．溶液中杂质Cu²⁺浓度为0.002mol•L^-1，若要生成沉淀，则应调节溶液的pH大于6．
（4）“沉淀”得到ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，“煅烧”在450～500℃下进行，“煅烧”反应的化学方程式为：ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃～500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑．

Answer 1

分析 由实验流程可知，含锌物料为原料，采用硫酸浸出锌，过滤除杂，得到滤液中含锌离子，与加入的Na₂CO₃溶液反应生成碱式碳酸锌，最后焙解获得活性氧化锌．
（1）pH=12的Na₂CO₃溶液，n（Na）=2n（C），c（OH^-）=0.01mol/L；
（2）Fe²⁺、Cu²⁺等杂质，均可与碳酸钠反应；适量KMnO₄将Fe²⁺转化为Fe（OH）₃，由电子守恒计算；
（3）Cu²⁺浓度为0.002mol•L^-1，转化为沉淀时c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp}{c（C{u}^{2+}）}}$；
（4）“煅烧”反应生成ZnO、二氧化碳和水．

解答 解：（1）pH=12的Na₂CO₃溶液，由化学式可知，n（Na）=2n（C），则c（Na⁺）=2×0.51 mol/L=1.02 mol/L，c（OH^-）=0.01mol/L，所以c（Na⁺）：c（OH^-）=102：1；
故答案为：102：1；
（2）溶解后得到酸性溶液，要调节溶液的pH至5.4，需要升高pH，故应加入Na₂CO₃　n（Fe²⁺）=0.009 mol，由电子得失守恒，则n（KMnO₄）=0.009mol÷（7-4）=0.003 mol；
故答案为：Na₂CO₃；0.003；
（3）Cu²⁺浓度为0.0002mol•L^-1，c（Cu²⁺）•[c（OH^-）]²=2×10^-20时开始出现沉淀，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp}{c（C{u}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-20}}{0.0002}}$=10^-8 mol•L^-1，pH=6；
故答案为：6；
（4）“煅烧”反应生成ZnO、二氧化碳和水，反应为ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃～500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑；
故答案为：ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃～500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑．

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、氧化还原反应计算等，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，题目难度中等．