Question

11．ZnO是电镀、涂料、有机合成等化学工业的重要原料．某课题组设计由含锌工业废料（含Fe、Cu、Mn等杂质）生产ZnO的工艺流程如下：

已知：黄钠铁矾在pH为1.5，温度为90℃时完全沉淀，且易于过滤．
2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O
（1）步骤①的浸取液里除含有Zn²⁺、Mn²⁺外，还含有的金属离子有Fe³⁺、Cu²⁺，所加试剂X为Na₂SO₄和H₂SO₄的混合液．
（2）步骤②可进一步氧化除去铁，还氧化除去了Mn²⁺，除去Mn²⁺的离子方程式为Mn²⁺+H₂O₂+H₂O═MnO（OH）₂↓+2H⁺；步骤③所加试剂是Zn，整个工艺流程中可以循环使用的物质是Na₂SO₄．
（3）步骤⑤中检验沉淀是否洗涤干净的操作方法是取最后一次洗涤滤液1～2mL于试管中，向其中滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净．
（4）步骤④碳化实际得到的是一种碱式碳酸锌[ZnCO₃•xZn（OH）₂•yH₂O]，取该样品7.18g，充分灼烧后，测得残留固体质量为4.86g，将所得气体通入足量澄清石灰水中，得到2.00g沉淀，则此碱式碳酸锌的化学式是ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O或Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O

Answer 1

分析 铁、铜、锰能与盐酸反应生成Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺；Mn²⁺可与双氧水反应生成MnO（OH）₂↓；锌能与铜离子反应生成铜单质；硫酸锌能与碳酸钠反应生成硫酸钠和碳酸锌，碳酸锌受热分解生成氧化锌和水，
（1）铁、铜、锰能与盐酸反应生成Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺；
（2）Mn²⁺可与双氧水反应生成MnO（OH）₂↓；锌能与铜离子反应生成铜单质；硫酸锌能与碳酸钠反应生成硫酸钠和碳酸锌；
（3）滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净；
（4）碱式碳酸锌6.82 g，充分灼烧后测得残留物质为氧化锌，质量为4.86 g，锌的质量为3.9g．将所得气体是二氧化碳，沉淀碳酸钙是2.0 g，物质的量为0.02mol．碳酸根的物质的量为0.02mol．根据电荷守恒得氢氧根的物质的量为X=0.08mol．由碱式碳酸锌6.82 g减去锌的质量，碳酸根和氢氧根的质量，剩下的就为水的质量．

解答 解：铁、铜、锰能与盐酸反应生成Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺；Mn²⁺可与双氧水反应生成MnO（OH）₂↓；锌能与铜离子反应生成铜单质；硫酸锌能与碳酸钠反应生成硫酸钠和碳酸锌，碳酸锌受热分解生成氧化锌和水，
（1）铁、铜、锰能与盐酸反应生成Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺，Fe²⁺能被氧化为Fe³⁺，浸取液课得到黄钠铁钒，说明X为Na₂SO₄和H₂SO₄的混合液，
故答案为：Fe³⁺；Cu²⁺；H₂SO₄；
（2）Mn²⁺可与双氧水反应生成MnO（OH）₂↓，离子方程式：Mn²⁺+H₂O₂+H₂O═MnO（OH）₂↓+2H⁺；锌能与铜离子反应生成铜单质；硫酸锌能与碳酸钠反应生成硫酸钠和碳酸锌，Na₂SO₄可以循环使用，
故答案为：Mn²⁺+H₂O₂+H₂O═MnO（OH）₂↓+2H⁺；Zn；Na₂SO₄；
（3）检验沉淀是否洗涤干净的操作方法为：取最后一次洗涤滤液滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净，
故答案为：取最后一次洗涤滤液1～2mL于试管中，向其中滴加BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净；
（4）碱式碳酸锌6.82 g，充分灼烧后测得残留物质为氧化锌，质量为4.86 g，物质的量为：$\frac{4.86g}{81g/mol}$=0.06mol，锌的质量为3.9g．将所得气体是二氧化碳，沉淀碳酸钙是2.0 g，物质的量为0.02mol．碳酸根的物质的量为0.02mol．
根据电荷守恒：0.06mol×2=0.02mol×2+X，
得氢氧根的物质的量为X=0.08mol，
由碱式碳酸锌6.82 g减去锌的质量，碳酸根和氢氧根的质量，剩下的就为水的质量：6.82-3.9-0.02×60-0.08×17=0.36g，物质的量为0.02mol，
故碱式碳酸锌的组成ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O 或Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O，
故答案为：ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O或Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O．

点评 本题考查物质的分离与提纯方法的综合应用及制备实验方案的设计，题目难度中等，涉及化学计算、氧化还原反应和离子反应方程式的书写、化学式的判断等知识，明确实验目的、实验原理为解答关键，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．