Question

2．氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗．纯化工业级氧化锌（含Fe²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺等杂质）的流程如图：


提示：在本实验条件下，Mn²⁺被氧化为MnO₂；Ni²⁺不能被氧化；
高锰酸钾的还原产物是MnO₂；反应④中产物的成分可能是ZnCO₃•xZn（OH）₂；
回答下列问题：
（1）反应②中除掉的杂质离子是Fe²⁺和Mn²⁺．
（2）反应③的反应类型为置换反应，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有镍（Ni）．
（3）Mn²⁺发生反应的离子方程式为2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺，在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质．
（4）反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是取最后一次少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀盐酸，再滴入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净．
（5）反应④中产物的成分可能是ZnCO₃•xZn（OH）₂，取干燥后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g，则x等于1．

Answer 1

分析 纯化工业级氧化锌和稀硫酸反应导致溶液中存在Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺，向浸出液中加入适量高锰酸钾溶液并调节溶液的pH约为5，Ni（Ⅱ）不能被氧化，Fe²⁺、Mn²⁺被氧化而被除去，同时溶液中有MnO₂生成，过滤后，向滤液中加入Zn过滤，Zn和Ni²⁺发生氧化还原反应生成Ni，溶液中存在Zn²⁺，向滤液中加入碳酸钠溶液，生成ZnCO₃•xZn（OH）₂沉淀，煅烧碳酸锌沉淀生成ZnO，
（1）根据题意，Ni（Ⅱ）不能被氧化，反应②中除掉的杂质离子是Fe²⁺和Mn²⁺；
（2）反应③中加入Zn后，由于Zn比Ni活泼，可置换出Ni，以达到除Ni的目的；
（3）加高锰酸钾溶液前，若pH较低，铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质；
（4）检验沉淀是否洗涤干净的方法是最后一次洗涤液，检验表面是否含有硫酸根离子；
（5）根据关系式ZnCO₃•xZn（OH）₂～（x+1）ZnO来计算．

解答 解：（1）纯化工业级氧化锌和稀硫酸反应导致溶液中存在Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺，向浸出液中加入适量高锰酸钾溶液并调节溶液的pH约为5，Ni（Ⅱ）不能被氧化，Fe²⁺、Mn²⁺被氧化而被除去，故答案为：Fe²⁺和Mn²⁺；
（2）反应③中加入Zn后，由于Zn比Ni活泼，可置换出Ni，以达到除Ni的目的，反应方程式为：Zn+Ni²⁺═Ni+Zn²⁺，此反应为置换反应，如果锌过量则在滤渣中会有多余的锌，
故答案为：置换反应；  镍（Ni）；             
（3）在本实验条件下，Mn²⁺被氧化为MnO₂，反应②中除掉的杂质离子是Fe²⁺和Mn²⁺，发生的离子方程式为MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO₂↓+5H⁺、2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；加高锰酸钾溶液前，若pH较低，铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质；
故答案为：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质；
（4）由于溶液中硫酸根离子属于杂质离子，因此可以检验测定洗涤液中是否存在硫酸根离子，操作为：取最后一次少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀盐酸，再滴入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净，
故答案为：取最后一次少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀盐酸，再滴入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净；
（5）ZnCO₃•xZn（OH）₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$（x+1）ZnO+xH₂O↑+CO₂↑
       125+99x                                （x+1）×81
         11.2                                         8.1
$\frac{125+99x}{11.2}$=$\frac{（x+1）×81}{8.1}$，
 x=1，
故答案为：1．

点评 本题综合考查混合物的分离和提纯，为高频考点，侧重考查学生分析问题、解答问题能力，明确流程图中各个步骤发生的反应及溶液中存在的微粒，知道常见离子的检验方法及实验现象，题目难度中等．