Question

17．硫酸锌被广泛应用于医药领域和工农业生产．工业上由氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）生产ZnSO₄•7H₂O的一种流程如图：

（1）步骤Ⅰ的操作是过滤，滤渣A的主要成分是H₂SiO₃．
（2）步骤Ⅰ加入稀硫酸进行酸浸时，需不断通入高温水蒸气的目的是H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O．
（3）步骤Ⅱ中，在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂两种沉淀，该反应的离子方程式为3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺．
（4）步骤Ⅲ中，加入锌粉的作用是换出Cu，除去Cu²⁺．所得的滤液中含有的金属阳离子有Zn²⁺、K⁺．
（5）已知硫酸锌的溶解度与温度之间的关系如下表：

温度/℃	0	20	40	60	80	100
溶解度/g	41.8	54.1	70.4	74.8	67.2	60.5

从硫酸锌溶液中获得硫酸锌晶体的实验操作为60℃条件下蒸发浓缩、降温结晶、过滤．
烘干操作需在减压低温条件下进行，原因是降低烘干的温度，防止ZnSO₄•7H₂O分解．
（6）取28.70g ZnSO₄•7H₂O加热至不同温度，剩余固体的质量变化如图所示．

分析数据，680℃时所得固体的化学式为b．
a．ZnO         b．Zn₃O（SO₄）₂         c．ZnSO₄         d．ZnSO₄•H₂O．

Answer 1

分析 氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，过滤，滤液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁，再加高锰酸钾溶液与亚铁离子反应生成MnO（OH）₂和氢氧化铁沉淀，过滤，滤液中含有硫酸铜和硫酸锌，加锌粉置换铜离子，过滤，滤渣为Cu可能含有Zn，滤液为硫酸锌和硫酸钾，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO₄•7H₂O晶体；
（1）分离固体和液体通常用过滤的方法，ZnSiO₃、与稀硫酸反应生成硅酸不溶于水；
（2）用氢氧化钠溶液清洗过滤装置，目的是使反应生成的H₂SiO₃滤渣反应生成Na₂SiO₃溶解除去；
（3）高锰酸钾与Fe²⁺反应生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂；
（4）步骤Ⅲ：向滤液中加入锌粉，置换出铜，滤液为硫酸锌和硫酸钾；
（5）从溶液中获得晶体通常用蒸发浓缩、过滤结晶、过滤、洗涤、烘干等操作，由于ZnSO₄•7H₂O易分解，所以烘干操作需在减压低温条件下进行；
（6）28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物质的量为0.1mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO₄•H₂O或ZnSO₄或ZnO或Zn₃O（SO₄）₂时，物质的量均为0.1mol，根据它们的质量通过排除法确定．

解答 解：氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，过滤，滤液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁，再加高锰酸钾溶液与亚铁离子反应生成MnO（OH）₂和氢氧化铁沉淀，过滤，滤液中含有硫酸铜和硫酸锌，加锌粉置换铜离子，过滤，滤渣为Cu可能含有Zn，滤液为硫酸锌和硫酸钾，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO₄•7H₂O晶体；
（1）分离固体和液体通常用过滤的方法，ZnSiO₃、与稀硫酸反应生成硅酸不溶于水，
故答案为：过滤；H₂SiO₃；
（2）滤渣A为硅酸沉淀，用氢氧化钠溶液清洗过滤装置，目的是使反应生成的H₂SiO₃滤渣与氢氧化钠反应生成Na₂SiO₃溶解除去，其发生的反应为：H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O，故答案为：H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O；
（3）在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾，高锰酸钾与Fe²⁺发生氧化还原反应，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂两种沉淀，则反应的离子方程式为：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺，
故答案为：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺；
（4）步骤Ⅲ：向滤液中加入锌粉，置换出铜，滤液为硫酸锌和硫酸钾，所以滤液中含有的金属阳离子有Zn²⁺、K⁺，
故答案为：置换出Cu，除去Cu²⁺；Zn²⁺、K⁺；
（5）从溶液中获得晶体通常用蒸发浓缩、过滤结晶、过滤、洗涤、烘干等操作，由于ZnSO₄•7H₂O易分解，所以烘干操作需在减压低温条件下进行，
故答案为：60℃条件下蒸发浓缩、降温结晶；降低烘干的温度，防止ZnSO₄•7H₂O分解；
（6）28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物质的量为0.1mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO₄•H₂O或ZnSO₄或ZnO或Zn₃O（SO₄）₂时，物质的量均为0.1mol，
若得ZnSO₄•H₂O的质量为17.90g（100℃）；
若得ZnSO₄的质量为16.10g（250℃）；
若得ZnO的质量为8.10g（930℃）；
据此通过排除法确定680℃时所得固体的化学式为Zn₃O（SO₄）₂；
故答案为：b．

点评 本题以ZnSO₄•7H₂O的制备为知识背景，考查了基本实验操作、氧化还原反应、化学反应速率的影响因素、化学方程式的书写、计算等知识，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和实验能力．