Question

6．活性氧化锌在橡胶、化工、涂料、陶瓷、医药、电子等行业有着广泛的应用，下图是以含锌铜烟尘（火法炼铜的副产品，主要成分是ZnO、CuO和FeO）制备活性氧化锌的工艺流程：

已知：含锌铜烟尘经过预处理后的主要成分是ZnO，还含有少量的CuO和Fe₂O₃．
（1）溶解池中待固体全部溶解后，加入锌粉的作用有：
①将Fe³⁺还原为Fe²⁺；
②除去Cu²⁺；
③调节溶液的pH．
（2）检验溶解池中Fe³⁺已全部被还原为Fe²⁺的实验方法是取样，加入几滴KSCN溶液，若溶液不出现红色，则Fe³⁺已经全部被还原．
（3）反应池中的温度控制在90～95℃，沉淀B为氢氧化物，反应池中所发生反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O═2Fe（OH）₃↓+4H⁺．
（4）沉淀池中得到的沉淀化学式可以表示为aZnCO₃•bZn（OH）₂•cH₂O（a、b、c均为整数）．某校化学兴趣小组的同学为了确定其组成，进行如下实验：称取3.59g沉淀进行焙烧，将焙烧过程中产生的气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，它们分别增重0.72g和0.44g．通过计算确定该沉淀的组成．（写出计算过程）

Answer 1

分析 含锌铜烟尘主要成分是ZnO、CuO和FeO，含锌铜烟尘经过预处理后的主要成分是ZnO，还含有少量的CuO和Fe₂O₃，根据物质成分差别知，预处理过程中FeO被氧化生成Fe₂O₃，向混合物中加入稀硫酸、锌粉，发生反应CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、CuSO₄+Zn=Cu+ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃+Zn=2FeSO₄+ZnSO₄，分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，所以操作a为过滤，滤渣A为Cu，向反应池中加入双氧水，反应池中的温度控制在90～95℃，反应池中所发生反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O═2Fe（OH）₃↓+4H⁺，然后过滤得到沉淀B为2Fe（OH）₃，向沉淀池中加入碳酸氢铵，得到aZnCO₃•bZn（OH）₂•cH₂O沉淀，然后过滤得到沉淀和滤液A，将沉淀焙烧得到ZnO；
将滤液A蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到硫酸铵晶体；
（1）溶解池中待固体全部溶解后，加入锌粉的作用有：①将Fe³⁺还原为Fe²⁺；②置换出Cu；③调节溶液的pH；
（2）检验铁离子用KSCN溶液；
（3）根据分析写出该反应的离子方程式；
（4）浓硫酸吸收H₂O、碱石灰吸收CO₂，n（H₂O）=$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04mol、n（CO₂）=$\frac{0.44g}{44g/mol}$=0.01mol，剩余固体为ZnO，n（ZnO）=$\frac{3.59g-0.72g-0.44g}{81g/mol}$=0.03mol，根据原子守恒得（a+b）：a：（b+c）=0.03mol：0.01mol：0.04mol=3：1：4，则a：b：c=1：2：2，据此判断其化学式．

解答 解：含锌铜烟尘主要成分是ZnO、CuO和FeO，含锌铜烟尘经过预处理后的主要成分是ZnO，还含有少量的CuO和Fe₂O₃，根据物质成分差别知，预处理过程中FeO被氧化生成Fe₂O₃，向混合物中加入稀硫酸、锌粉，发生反应CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、CuSO₄+Zn=Cu+ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃+Zn=2FeSO₄+ZnSO₄，分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，所以操作a为过滤，滤渣A为Cu，向反应池中加入双氧水，反应池中的温度控制在90～95℃，反应池中所发生反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O═2Fe（OH）₃↓+4H⁺，然后过滤得到沉淀B为2Fe（OH）₃，向沉淀池中加入碳酸氢铵，得到aZnCO₃•bZn（OH）₂•cH₂O沉淀，然后过滤得到沉淀和滤液A，将沉淀焙烧得到ZnO；将滤液A蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到硫酸铵晶体，
（1）Zn的活泼性大于Cu，所以Zn置换出Cu而除去Cu²⁺，
故答案为：除去Cu²⁺；
（2）铁离子用KSCN检验，其检验方法为：取样，加入几滴KSCN溶液，若溶液不出现红色，则Fe³⁺已经全部被还原，
故答案为：取样，加入几滴KSCN溶液，若溶液不出现红色，则Fe³⁺已经全部被还原；
（3）根据分析可知，反应池中所发生反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O═2Fe（OH）₃↓+4H⁺，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O═2Fe（OH）₃↓+4H⁺；
（4）浓硫酸吸收H₂O、碱石灰吸收CO₂，n（H₂O）=$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04mol、n（CO₂）=$\frac{0.44g}{44g/mol}$=0.01mol，剩余固体为ZnO，n（ZnO）=$\frac{3.59g-0.72g-0.44g}{81g/mol}$=0.03mol，根据原子守恒得（a+b）：a：（b+c）=0.03mol：0.01mol：0.04mol=3：1：4，则a：b：c=1：2：2，所以沉淀的组成为ZnCO₃•2Zn（OH）₂•2H₂O，
答：沉淀的组成为ZnCO₃•2Zn（OH）₂•2H₂O．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，题目难度中等，涉及基本操作、除杂、离子检验、化学式的确定等知识点，侧重考查学生分析判断及计算能力，知道常见离子的检验方法、实验现象及结论，难点是（4）题化学式的确定，利用原子守恒解答．