Question

16．活性氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小在1～100nm，利用某工业废液（含有ZnO、FeO、FeO₂、CuO、MnO）制备超细活性氧化锌的工艺流程如图所示．

有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如表．

氢氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Al（OH）2	Zn（OH）2
开始沉淀时的pH	2.7	7.5	5.4	4.0	6.4
完全沉淀时的pH	3.7	9.5	6.6	5.2	8.0

回答下列问题：
（1）净化1的目的之一是将Mn²⁺转化为MnO₂而除去，此过程中（NH₄）₂SrO₂作氧化剂（填“氧化剂”会“还原剂”），已知该反应中Sr${O}_{4}^{2-}$会转化为${SO}_{4}^{2-}$，若反应生成1molMnO₂，则会消耗1mol （NH₄）₂SrO₂．
（2）滤渣2的主要成分有两种，分别为Fe（OH）₃和Al（OH）₃，滤液B的溶质主要为Na₂SO₄．（填化学式）．
（3）净化2应调节溶液pH的范围是5.2～5.4，调节pH可选用的试剂为ad（填字母）．
a．ZnO   b．CaO    c．CaCO₃   d．ZnCO₃
（4）碱式碳酸锌在煅烧前需要洗涤烘干，检验碱式碳酸锌是否洗涤干净的操作方法是取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则洗涤干净，否则未洗涤干净．
（5）煅烧碱式碳酸锌【ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O】的化学方程式为ZnCO₃•2Zn（OH）•2H₂O$\frac{\underline{\;450～500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑．

Answer 1

分析 由利用某工业废液（含有ZnO、FeO、FeO₂、CuO、MnO）制备超细活性氧化锌的工艺流程如图可知，用稀硫酸溶解含锌废料，并过滤除杂，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）净化1是利用（NH₄）₂S₂O₇将Mn²⁺氧化化为MnO₂而除去，此过程中（NH₄）₂S₂O₇中Sr从+7价降低为+6价，氧化Mn²⁺生成1molMnO₂需要转移2mol电子，结合电子守恒可判断反应物（NH₄）₂S₂O₇消耗的物质的量；
（2）经过净化1后滤液中只含有Fe³⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺，净化2调节溶液pH的目的是为了促进水解Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀，并通过过滤除去；净化3用过量锌是为了除去溶液里的Cu²⁺，过滤得到的滤液A中主要剩下Na⁺、SO₄^2-、Zn²⁺，滴加Na₂CO₃生成碱式碳酸锌，过滤后滤液B中应该主要是Na⁺、SO₄^2-；
（3）净化2的目的是为了调节溶解的pH促进溶液里Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀，同时防止Zn²⁺、Cu²⁺水解转化为沉淀，可结合这四种离子完全沉淀时溶液的pH判断控制范围；调节pH可选用的试剂以不引入新的杂质离子为宜；
（4）最初洗涤液里含有SO₄^2-，完全洗净后洗涤液里则不再有SO₄^2-，可通过实验检验是否存在SO₄^2-来证明洗涤是否干净；
（5）在450℃左右高温煅烧碱式碳酸锌【ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O】得到的产物为ZnO、CO₂及水，可根据原子守恒书写并配平化学方程式．

解答 解：由利用某工业废液（含有ZnO、FeO、FeO₂、CuO、MnO）制备超细活性氧化锌的工艺流程如图可知，用稀硫酸溶解含锌废料，并过滤除杂，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）净化1过程中将Mn²⁺氧化化为MnO₂，可知（NH₄）₂S₂O₇为氧化剂，氧化Mn²⁺生成1molMnO₂需要转移2mol电子，而S从+7价还原为+6价，消耗（NH₄）₂S₂O₇的物质的量为$\frac{2mol}{2}$=1mol，故答案为：氧化剂；1；
（2）净化2通过调节溶液pH使Fe³⁺、Al³⁺水解生成沉淀Fe（OH）₃、Al（OH）₃，过滤后的滤渣2的成分即为Fe（OH）₃、Al（OH）₃；滤液A中主要剩下Na⁺、SO₄^2-、Zn²⁺，则生成碱式碳酸锌后滤液B中应该主要是Na⁺、SO₄^2-，溶质B的成分为Na₂SO₄，
故答案为：Fe（OH）₃；Al（OH）₃；Na₂SO₄；
（3）根据相关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH表可知，当溶液的PH为5.2～5.4时Fe³⁺、Al³⁺水解完全，而Cu²⁺及Zn²⁺尚未沉淀；根据除杂原则，选择ZnO或ZnCO₃调节溶液pH，故答案为：5.2～5.4；ad；
（4）欲检验沉淀洗涤是否干净，可取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则洗涤干净，否则未洗涤干净，故答案为：取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则洗涤干净，否则未洗涤干净；
（5“煅烧”反应生成ZnO、二氧化碳和水，反应为ZnCO₃•2Zn（OH）•2H₂O$\frac{\underline{\;450～500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑，故答案为：ZnCO₃•2Zn（OH）•2H₂O$\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．