Question

10．活性ZnO俗称锌1-3，能改进玻璃的化学稳定性，可用于生产特种玻璃，在橡胶的生产中能缩短硫化吋间，在涂料、油漆等工业也有重要应用．工业上由粗ZnO（含FeO、CuO等．）制备活性ZnO，采取酸浸、净化除杂、中和沉降、干燥煅烧等步骤，工艺流程如下：

（1）上述流程中，实验操作a是过滤（填实验操作名称），物质Y是下列中的AB（填序号）
A．ZnO B．ZnCO₃ C．Fe₂O₃ D．NaOH
（2）上述流程中多次进行了过滤橾作，过滤时用到的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和烧杯
（3）该流程中，多次洗涤滤渣R后，证明已洗涤干净，最简单的方法是取最后洗涤液中的上清液于试管中，然后加入氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀就说明已经洗涤干净
（4）已知Zn（OH）₂在水中同时存在两种电离方式：Zn²⁺+2OH^-?Zn（OH）₂?ZnO₂^-+H⁺，写出该固体与NaOH溶液反应的离子方程式Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O
（5）取碱式碳酸锌水合物4.40g，溶于盐酸中生成标准状况下CO₂224ml，恰好溶解时消耗氯化氢0.08摩尔，已知该碳酸锌水合物中碳的质量分数为2.727%，试推出该碱式碳酸锌水合物的化学式是Zn₄（OH）₆CO₃.8H₂O．

Answer 1

分析 将粗氧化锌溶于过量稀硫酸中，发生的反应为ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，然后过滤，将不溶性固体除去，向滤液中加入H₂O₂，发生的离子反应方程式为2Fe₂+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入Y调节溶液的pH，Y应该能和H⁺反应且不能引进新的杂质，可以用ZnO或ZnCO₃；
将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，然后采用过滤方法得到Fe（OH）₃沉淀，向滤液中加入过量Zn粒，发生的离子方程式为Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，然后过滤，得到的滤渣中含有Zn和Cu，滤液中含有ZnSO₄，向滤液中加入NH₄HCO₃，发生双水解反应生成碱式碳酸锌沉淀和硫酸铵溶液，过滤洗涤得到滤渣碱式碳酸锌；将滤渣焙烧得到活性ZnO，
（1）分离难溶性固体和溶液采用过滤方法；除杂时要除去杂质且不能引进新的杂质；
（2）过滤时，根据各仪器的作用选取仪器；
（3）该流程中，滤渣R吸附的离子是硫酸根离子，用盐酸酸化的氯化钡离子检验硫酸根离子，如果最后洗涤液中加入氯化钡溶液后不产生沉淀即可；
（4）Zn（OH）₂在水中同时存在两种电离方式：Zn²⁺+2OH^-?Zn（OH）₂?ZnO₂^-+H⁺，Zn（OH）₂与NaOH溶液反应生成偏锌酸钠和水；
（5）n（CO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，恰好溶解时消耗氯化氢0.08摩尔，根据关系式2HCl---Zn²⁺得n（Zn²⁺）=$\frac{1}{2}$n（HCl）=$\frac{1}{2}$×0.08mol=0.04mol，则Zn、C原子个数之比=0.04mol：0.01mol=4：1，
要使碱式碳酸锌化合价的代数和为0，则OH^-个数应该是6，碱式碳酸锌为Zn₄（OH）₆CO₃，
水的物质的量=$\frac{4.4g-0.01mol×（65×2+17×6+60）g/mol}{18g/mol}$=0.08mol，
据此确定化学式．

解答 解：将粗氧化锌溶于过量稀硫酸中，发生的反应为ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，然后过滤，将不溶性固体除去，向滤液中加入H₂O₂，发生的离子反应方程式为2Fe₂+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入Y调节溶液的pH，Y应该能和H⁺反应且不能引进新的杂质，可以用ZnO或ZnCO₃；将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，然后采用过滤方法得到Fe（OH）₃沉淀，向滤液中加入过量Zn粒，发生的离子方程式为Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，然后过滤，得到的滤渣中含有Zn和Cu，滤液中含有ZnSO₄，向滤液中加入NH₄HCO₃，发生双水解反应生成碱式碳酸锌沉淀和硫酸铵溶液，过滤洗涤得到滤渣碱式碳酸锌；将滤渣焙烧得到活性ZnO，
（1）分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，所以操作a为过滤；除杂时要除去杂质且不能引进新的杂质，ZnO、ZnCO₃和氢离子反应生成锌离子，且不引进杂质，提高溶液的pH，从而将铁离子转化为沉淀，
故答案为：过滤；ab；
（2）过滤时，需要的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和烧杯，故答案为：漏斗、玻璃棒和烧杯；
（3）该流程中，滤渣R吸附的离子是硫酸根离子，用盐酸酸化的氯化钡离子检验硫酸根离子，如果最后洗涤液中加入氯化钡溶液后不产生沉淀就说明洗涤干净，
故答案为：取最后洗涤液中的上清液于试管中，然后加入氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀就说明已经洗涤干净；
（4）Zn（OH）₂在水中同时存在两种电离方式：Zn²⁺+2 OH^-?Zn（OH）₂?ZnO₂^2-+2H⁺，Zn（OH）₂与NaOH溶液反应生成偏锌酸钠和水，离子方程式为Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O，
故答案为：Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O；
（5）n（CO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，恰好溶解时消耗氯化氢0.08摩尔，根据关系式2HCl---Zn²⁺得n（Zn²⁺）=$\frac{1}{2}$n（HCl）=$\frac{1}{2}$×0.08mol=0.04mol，则Zn、C原子个数之比=0.04mol：0.01mol=4：1，
要使碱式碳酸锌化合价的代数和为0，则OH^-个数应该是6，碱式碳酸锌为Zn₄（OH）₆CO₃，
水的物质的量=$\frac{4.4g-0.01mol×（65×2+17×6+60）g/mol}{18g/mol}$=0.08mol，
据此确定化学式为Zn₄（OH）₆CO₃.8H₂O，
故答案为：Zn₄（OH）₆CO₃.8H₂O．

点评 本题考查物质制备实验方案设计，为高频考点，涉及复杂化学式的确定、离子方程式的书写、基本实验操作等知识点，明确流程图中发生的反应及基本操作方法是解本题关键，难点是（5）题计算，题目难度中等．