题目内容
2.由于金属锌本身的价值不高,在我国工业锌废料的回收利用率比较低.某课题组研究利用含少量铜、铁的粗锌制备硫酸锌及相关物质的资源综合利用,其工艺流程图(图中加入的物质均为足量)及有关数据如下:| 物质 | Fe(OH)3 | Cu(OH)2 | Zn(OH)2 | CuS | ZnS |
| Ksp | 4.0×10-38 | 5.0×10-20 | 2.0×10-16 | 8.5×10-45 | 1.2×10-23 |
(1)固体A的主要成分是Fe(OH)3;加入固体B的主要作用是将Cu2+(或铜)从溶液Ⅱ中分离出来.
(2)粗锌中的铜与稀混酸溶液反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O.
(3)若溶液II中c(Cu2+)为0.05mol•L-1,则溶液II的pH≤5.
(4)若B是Zn,取8.320gC完全溶解于500mL 1mol•L-1稀硝酸中,共收集到2240mL气体,再向所得溶液中加入NaOH溶液至刚好生成沉淀最多,此时所得沉淀质量(m)的取值范围是14.7~14.85g;若B是另一种物质,取部分C于试管中,加入盐酸后产生了有臭鸡蛋味气体,则该反应的离子方程式为ZnS+2H+=Zn2++H2S↑.
(5)溶液III还可以与(NH4)2S溶液反应制备ZnS,实际生产中选用(NH4)2S溶液而不是Na2S溶液作为反应物,是因为后者制得的ZnS中会含有较多的Zn(OH)2杂质.
分析 利用含铜、铁的粗锌制备硫酸锌:粗铜中铜、铁和硫酸、硝酸反应,生成铜离子、铁离子,根据Ksp可知,氢氧化铜比氢氧化锌更难溶,向溶液中加入Zn(OH)2,得到沉淀A为Fe(OH)3,加入足量固体B,因B不同沉淀C成分不同,但滤液Ⅲ为硫酸锌溶液,制备七水合硫酸锌,防止结晶水失水,需冷却结晶,过滤、洗涤、干燥,即得到较纯净的硫酸锌晶体;
(1)根据以上分析解答;由分析可知要沉淀铜离子;
(2)Cu与硝酸反应生成硝酸铜和NO、水;
(3)根据溶度积常数计算溶液中的氢氧根离子浓度,再计算pH;
(4)若B是Zn,则固体C为Zn和Cu的混合物,由关系式Zn、Cu~2e-~Zn2+、Cu2+~2OH-~Cu(OH)2、Zn(OH)2可知,金属离子的物质的量,进而求出沉淀质量;
(5)Na2S在溶液中水解显碱性.
解答 解:利用含铜、铁的粗锌制备硫酸锌:粗铜中铜、铁和硫酸、硝酸反应,生成铜离子、铁离子,根据Ksp可知,氢氧化铜比氢氧化锌更难溶,向溶液中加入Zn(OH)2,得到沉淀A为Fe(OH)3,加入足量固体B,因B不同沉淀C成分不同,但滤液Ⅲ为硫酸锌溶液,制备七水合硫酸锌,防止结晶水失水,需冷却结晶,过滤、洗涤、干燥,即得到较纯净的硫酸锌晶体,
(1)由以上分析可知固体A的主要成分是Fe(OH)3,固体B可为氢氧化铜、氧化铜、硫化锌或锌等,用于除去溶液Ⅱ中的Cu2+,
故答案为:Fe(OH)3;除去溶液Ⅱ中的Cu2+;
(2)粗锌中的铜与稀混酸溶液反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O,故答案为:3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O;
(3)若溶液Ⅱ中c(Cu2+)为0.05mol•L-1,由Ksp=5.0×10-20可知,c(OH-)=$\sqrt{\frac{5×1{0}^{-20}}{0.05}}$mol/L=1.0×10-9mol/L,则c(H+)=1.0×10-5mol/L,
所以pH≤5,
故答案为:5;
(4)若B是Zn,则固体C为Zn和Cu的混合物,取8.320gC完全溶解于500mL1mol•L-1稀硝酸中,共收集到2240mL气体,即n(NO)=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol,转移0.3mol电子,由关系式Zn、Cu~2e-~Zn2+、Cu2+~2OH-~Cu(OH)2、Zn(OH)2可知,沉淀为0.15mol,若沉淀只有Cu(OH)2,其质量为0.15mol×98g/mol=14.7,若沉淀只有Zn(OH)2,其质量为0.15mol×99g/mol=14.85;若固体B是另一种物质,取部分固体C于试管中,加入足量的盐酸,有臭鸡蛋气味的气体产生,气体为硫化氢,该实验为制备硫酸锌,则B应为ZnS,固体C中含有ZnS和CuS,和盐酸反应生成硫化氢的物质为硫化锌,反应为:ZnS+2H+=H2S↑+Zn2+,
故答案为:14.7~14.85g;ZnS+2H+=H2S↑+Zn2+;
(5)Na2S在溶液中水解显碱性,所以制得的ZnS中会含有较多的Zn(OH)2;
故答案为:Zn(OH)2.
点评 本题考查了利用含铜、铁的粗锌制备硫酸锌的流程分析,侧重于学生的分析、实验和计算能力的考查,涉及氮的化合物、沉淀溶解平衡应用、氧化还原等知识,理清沉淀溶解平衡的有关计算是解本题关键,题目难度中等.
| A. | 向1ml 1mol/L的NaOH的溶液中滴加1~2滴2mol/LMgCl2溶液有白色沉淀生成,再滴加2滴0.1mol/LFeCl3溶液,出现红褐色沉淀,则证明Mg(OH)2的Ksp大于Fe(OH)3 | |
| B. | 由pH=3的CH3COOH溶液和pH=11的NaOH溶液等体积混合后的溶液显酸性 | |
| C. | 由0.1mol/L的CH3COOH溶液和0.1mol/L的NaOH溶液等体积混合后的溶液显酸性 | |
| D. | 某物质的溶液中由水电离出的c(H+)=1×10-a mol/L,若a>7,则该溶液的pH一定为14-a |
实验Ⅰ:在2支试管中分别加入5mL等浓度的H2C2O4溶液,在其中一支试管中先加入少量MnSO4固体再各加入5滴0.1mol•L-1KMnO4溶液.记录溶液褪色时间,如表1:
| 试 管 | 未加MnSO4的试管 | 加有MnSO4的试管 |
| 褪色时间 | 30s | 2s |
实验Ⅱ:另取2支试管分别加入5mL等浓度的H2C2O4溶液,在其中一支试管中先加入10滴稀硫酸,再各加入5滴0.1mol•L-1 KMnO4溶液.记录溶液褪色时间,如表2:
| 试 管 | 未滴加稀硫酸的试管 | 滴加了稀硫酸的试管 |
| 褪色时间 | 100s | 90s |
实验Ⅲ:另取3支试管分别加入5mL等浓度H2C2O4溶液,然后在试管中先分别加入10滴、1mL、2mL稀硫酸溶液,再各加入5滴0.1mol•L-1KMnO4溶液,然后置于温度为65℃的水浴中加热.记录溶液褪色时间,如表3:
| 试 管 | 滴入10滴稀硫酸的试管 | 加入1mL稀硫酸的试管 | 加入2mL稀硫酸的试管 |
| 褪色时间 | 70s | 100s | 120s |
(1)实验Ⅰ得出的结论是Mn2+(或硫酸锰)在反应中起到催化剂的作用,加快了反应速率.
(2)比较实验Ⅱ、Ⅲ得出的结论正确的是:①②③.
①温度对该反应速率有影响
②硫酸对草酸和KMnO4溶液的反应有影响
③加入少量硫酸,可促进草酸和KMnO4溶液反应,而加入大量硫酸,反应速率比较小
④在酸性范围内,pH值越小对反应越有利
(3)写出草酸溶液与酸性KMnO4溶液反应的离子方程式:5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O.实验室利用该反应标定未知浓度H2C2O4溶液,滴定终点的现象是:溶液颜色从无色变为浅紫红色,且30s不改变.滴定完成后仰视读取KMnO4溶液体积会导致测得H2C2O4溶液的浓度偏大(选填:偏大、偏小、无影响).
(4)有同学根据查阅的资料提出KMnO4溶液氧化H2C2O4的反应历程为:
上述实验中,实验Ⅰ可证明这个历程是可信的.
| A. | pH=3的HNO3与pH=11的KOH溶液 | |
| B. | pH=3的HNO3与pH=11的氨水 | |
| C. | pH=3的H2SO4与pH=11的NaOH | |
| D. | pH=3的CH3COOH 与pH=11的Ba(OH)2溶液 |
| A. | m-a | B. | n+m+a | C. | m+1-a | D. | m+2-a |
| A. | ①②④⑤ | B. | ①②③⑤ | C. | ②③④⑤ | D. | ①③④⑤ |
| 实验步骤 | 向3-4mL 1mol/L AgNO3溶液中滴入1mol/L的Na2SO4溶液至反应完全. |
| 实验现象 | ①产生白色沉淀 |
| 离子方程式 | 2Ag++SO${\;}_{4}^{2-}$=Ag2SO4 |
| 小组讨论交流 | 取上述反应后的清液于试管中滴入适量1mol/L的NaCl 溶液,对于会出现的现象提出了假设 |
| 提出假设 | 假设Ⅰ:反应没有限度 假设Ⅱ:②无现象 |
| 证明假设Ⅱ | 现象③:产生白色沉淀;理由④反应存在限度,溶液中尚有较多Ag+ |
| 离子方程式 | ⑤Ag++Cl-=AgCl↓ |
| 解释 | ⑥加入Cl-产生了大量的白色沉淀,说明Ag++Cl- |