题目内容

3．锌是一种应用广泛的金属．某工厂用下图工艺冶炼锌，其中锌焙砂主要含ZnO、ZnFe2O4及少量FeO、CuO等氧化物．

金属阳离子在常温下以氢氧化物的形式沉淀时溶液的pH见表：
阳离子Fe3+Fe2+Zn2+Cu2+
开始沉淀时的pH2.76.65.24.4
沉淀完全时的pH3.78.98.15.7
回答下列问题：
（1）为了加快锌矿石培烧的速率，可采取的措施有将锌矿石粉碎成细颗粒（回答一点即可）．
（2）试剂A是-种由两种元素组成的液态“绿色”氧化剂，则加入试剂A后发生反应的离子方程式为2Fe2++2H++H2O2=2 Fe3++2H2O；试剂B最好选用ZnO或ZnCO3或Zn（OH）2，pH的调控范围为3.7≤pH＜4.4．
（3）试剂C是Zn；电解产物中有一种物质可循环使用，该物质是H2SO4．
（4）酸浸时，ZnFe2O4会生成两种盐，该反应的化学方程式为ZnFe2O4+4H2SO4═ZnSO4+Fe2（SO4）3+4H2O．
（5）沉积物中除生成的沉淀外还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因可能是Fe（OH）3胶体（沉淀）具有吸附性．
（6）若0.1t锌焙砂通过上述流程处理后最终得到了21.4kg沉淀物，则锌焙砂中铁元素的质量分数最大为11.2%．

分析 由实验流程可知，锌矿石在空气中焙烧，含尘烟气含SO2，净化后可制备硫酸，将锌焙砂（主要含ZnO、ZnFe2O4，还含少量FeO、CuO等氧化物）酸浸，发生反应ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O、FeO+H2SO4=FeSO4+H2O、CuO+H2SO4=CuSO4+H2O、ZnFe2O4+8H+=Zn2++2Fe3++4H2O，向溶液中加入试剂A为双氧水，发生反应2Fe2++2H++H2O2=2 Fe3++2H2O，调节溶液的pH将Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，调节溶液pH时不能引进新的杂质，则试剂B为ZnO或ZnCO3或Zn（OH）2，然后向溶液中加入试剂C为Zn，可以置换出铜，然后过滤，最后电解得到Zn，以此解答该题．

解答 解：（1）为了加快锌矿石培烧的速率，可采取的措施有将锌矿石粉碎成细颗粒、升高温度、增大空气流速等，
故答案为：将锌矿石粉碎成细颗粒；
（2）试剂A是-种由两种元素组成的液态“绿色”氧化剂，则加入试剂A后发生反应的离子方程式为2Fe2++2H++H2O2=2 Fe3++2H2O；试剂B最好选用ZnO或ZnCO3或Zn（OH）2，由表格数据可知，pH的调控范围为3.7≤pH＜4.4，
故答案为：2Fe2++2H++H2O2=2 Fe3++2H2O；ZnO或ZnCO3或Zn（OH）2；3.7≤pH＜4.4；
（3）由上述分析可知，加入Zn，可以置换出铜，反应的离子方程式为Cu2++Zn=Cu+Zn2+，试剂C是Zn；阳极上氢氧根离子失去电子，阴极上锌离子得到电子，电解硫酸锌溶液时电解产物中有一种物质可循环使用，该物质是H2SO4，
故答案为：Zn；H2SO4；
（4）酸浸时，ZnFe2O4会生成两种盐，该反应的化学方程式为ZnFe2O4+4H2SO4═ZnSO4+Fe2（SO4）3+4H2O，故答案为：ZnFe2O4+4H2SO4═ZnSO4+Fe2（SO4）3+4H2O；
（5）由于生成的Fe（OH）3胶体（沉淀）具有吸附性，则生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，
故答案为：Fe（OH）3胶体（沉淀）具有吸附性；
（6）若0.1t锌焙砂通过上述流程处理后最终得到了21.4kg沉淀物为Fe（OH）3，由原子守恒可知n（Fe）=$\frac{21.4×1000g}{107g/mol}$=200mol，若均完全转化，则锌焙砂中铁元素的质量分数最大为$\frac{200mol×56g/mol}{0.1×1{0}^{6}g}$×100%=11.2%，
故答案为：11.2%．

点评 本题综合考查物质的制备以及混合物分离提纯，为高考常见题型，题目借助制取金属锌的流程考查了离子方程式、化学方程式的书写等知识，注意合理分析题中信息，题目难度中等．

练习册系列答案
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13．钴（Co）及其化合物在工业上有广泛应用．为从某工业废料中回收钴，某学生设计流程如图（废料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质）．

已知：①物质溶解性：LiF难溶于水，Li2CO3微溶于水；
②部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见表：
Fe3+Co2+Co3+Al3+
pH（开始沉淀）1.97.15-0.233.4
pH（完全沉淀）3.29.151.094.7
请回答：
（1）步骤Ⅰ中得到含铝溶液的反应的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑．
（2）写出步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应的离子方程式Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O．
有同学认为Ⅱ中将盐酸换成硫酸和H2O2溶液更好，请结合离子方程式说明理由Co2O3+4H++H2O2=2Co2++3H2O+O2↑
（3）步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应使溶液的pH不超过7.15．废渣中的成分有LiF、Fe（OH）3．
（4）在空气中加热CoC2O4固体，经测定，210～290℃的过程中只产生CO2和一种二元化合物，该化合物中钴元素的质量分数为73.44%．此过程发生反应的化学方程式是3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210-290℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2．
（5）某锂离子电池的总反应为C6+LiCoO2 $?_{放电}^{充电}$ LixC6+Li1-xCoO2，LixC6中Li的化合价为0价，该锂离子电池充电时阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+．
14．孔雀石主要含Cu2（OH）2CO3，以及少量Fe、Si的化合物．可以用孔雀石为原料制备胆矾（CuSO4•5H2O），步骤如图：

请回答下列问题：
（1）试剂①是一种常见的酸，写出其化学式H2SO4．过滤所需要的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒．
（2）实验室检验Fe3+的常用方法是取样，向其中滴加KSCN溶液，溶液变血红色，则含有Fe3+．
（3）溶液A中的金属离子有Cu2+、Fe2+、Fe3+，上述流程中需要用试剂②将溶液A中的Fe2+全部转化为Fe3+，从而形成溶液B，则试剂②能否用氯水不能，如加氯水会引入杂质Cl-（填“能”或“不能”，若“不能”，请解释原因）．
（4）由溶液C获得胆矾，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作．
（5）取25.00mL溶液A，用1.000×10-2mol/LKMnO4标准溶液滴定．反应离子方程式为：5Fe2++MnO4-+8H+→5Fe3++Mn2++4H2O，若消耗标准溶液20.00mL，则溶液A中Fe2+的浓度为0.040mol/L．
11．草酸亚铁晶体（FeC2O4•2H2O，相对分子质量180g）是一种浅黄色晶体，难溶于水，受热分解（文献显示其及应方程式为FeC2O4•2H2O═FeO+CO↑+CO2↑+2H2O）．
某化学兴趣小组设计如图装置，探究草酸亚铁晶体的分解反应

（1）该装置存在的明显缺陷没有处理尾气中的CO气体，会造成大气污染．
（2）设计实验步骤如下：①检查装置的气密性；②打开活塞K1，通入一段时间的N2，再关闭活塞K1；③先点燃E处的酒精灯，再点燃A处的酒精灯．
（3）实验过程中，证明分解生成CO2的现象是C中澄清石灰水变浑浊；而E处黑粉末变红，证明草酸亚铁分解产中CO，若只通过F中的现象证明产生CO，则需要在C和D之间增加盛有NaOH溶液的洗气瓶．
（4）实验结束后，有同字打开K1，又通入一段时间的N2，使装置A中分解产生的气体全部通入后面的装置中，并将装置C、F中的沉徒过滤、洗涤、干燥、称量，测得C中沉淀质量大约是F中的3倍，重新实验得出的实验结果不变．小组以成员经过讨论排除澄清石灰水不足造成的影响，提出三个假设：
a．CO在装置E中没有完全氧化．
b．使用的草酸亚铁试剂变质，有部分CO被分解过程中产生的Fe2O3氧化为CO2
c．草酸亚铁分解时，有部分CO被FeO氧化为CO2
小组成员于是设计如下方案验证：
①验证假设a：在E之后再增加一个相同装罝E，并增加E中CuO的量，重新实验，所得数据只有微小变化，但不足以影响实验结果，说明假设a不成立．
②验证假设b：取少量草酸亚铁晶体溶于盐酸，再加入适量的KSCN 或NH4SCN溶液，无明显现象，证明草酸亚铁晶体没有变质，说明假设b不成立
③验证假设c：取实验后A中固体溶于盐酸，产生气体，证明假设c成立．
④实验时同时测出下列有关数据：FeC2O4•2H2O的质量为10.80g，A中剩余固体的质量
为3.84g，测得实验结束后装置A中n（FeO）=0.03．
（5）根据实验分析，写出装置A中发生的总反应方程式FeC2O4•2H2O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+FeO+CO↑+3CO2↑+2H2O．由于实验的分解方程式与文献不同，实验小组再次经过讨论，利用原有实验装置图，对实验步骤略作改动，再次进行实验，得出与文献一致的反应方程式，请你写出改动部分的实验步骤打开活塞K1，通入一段时间的N2，不关闭活塞K1．
18．某实验小组同学欲探究SO2的性质，并测定空气中SO2的含量．他们设计如下实验装置（如图1），请你参与探究，并回答问题：

（1）图1装置E中的氨水可吸收多余的SO2，发生反应的离子方程式是2NH3•H2O+SO2=2NH4++SO32-+H2O．
（2）图1装置B用于检验SO2的漂白性，其中所盛试剂为品红溶液，装置D用于检验SO2的氧化性性质；
（3）图1装置C中发生的现象是溴水的橙色褪去；
（4）如果用硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫，装置如图2所示．其中a导管的作用是平衡分液漏斗和蒸馏烧瓶间的压强，使液体顺利流下，所用硫酸为70%浓硫酸，不用稀硫酸原因是二氧化硫在水中的溶解度比较大，浓硫酸具有吸水性，能促使二氧化硫的生成．
（5）他们拟用图3的实验方法测定空气中SO2含量（假设空气中无其他还原性气体）．
方案Ⅰ：
①洗气瓶C中溶液蓝色消失后，若没有及时关闭活塞A，则测得的SO2含量偏低（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）．
方案Ⅱ：空气$→_{①}^{过量H_{2}O_{2}溶液}$溶液$→_{②}^{过量Ba（OH_{02}溶液}$$→_{干燥、称量③}^{过滤、洗涤}$固体mg
②实验中若通过的空气的体积为33.6L（已换算成标准状况），最终所得固体质量为0.233g，通过计算确定该空气中二氧化硫的含量是0.067%（保留两位有效数字），是否合格不合格（填“合格”或“不合格”）．（空气中二氧化硫的体积分数小于0.05%表示合格）
8．牙膏是由粉状摩擦剂、湿润剂、表面活性剂、粘合剂、香料、甜味剂及其它特殊成分构成的．经查文献获悉，某品牌牙膏中摩擦剂由碳酸钙、氢氧化铝组成，牙膏中其它成分不与酸、碱反应．
I．测定牙膏中摩擦剂碳酸钙的含量：利用如图所示装置进行实验，充分反应后，通过测定C中生成沉淀的质量来确定样品中碳酸钙的质量分数．图中夹持仪器略去．

依据实验过程回答下列问题：
（1）以下检查整套装置气密性的操作正确的是a（填字母代号）．
a．组装好仪器后，关闭K1和K3、打开K2，分液漏斗中装水．打开分液漏斗的两个活塞，若漏斗中水下滴一会后停止，且液面不再降低，则整套装置不漏气．
b．裝好药品后，关闭K1和K3、打开K2．打开分液漏斗的两个活塞，若漏斗中盐酸下滴一会后停止，且液面不再降低，则整套装置不漏气．
c．短时间轻微加热B，若A中溶液进入长导管，C中长导管冒气泡，则整套装置不漏气．
（2）实验过程中需持续缓慢通入空气，其作用除了可搅拌B、C中的反应物外，还有把生成的CO2气体全部排入C中，使之完全被Ba（OH）2溶液吸收．
（3）盐酸有一定程度的挥发性，为什么实验时不在B、C之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置？碳酸氢钠虽能吸收盐酸，但也产生CO2，HCl即使进入装置C中，由于Ba（OH）2是足量的，就会被Ba（OH）2中和，不会溶解BaCO3．
（4）实验中准确称取20.00g样品三份，进行三次测定，测得BaCO3平均质量为7.88g．则样品中碳酸钙的质量分数为20.0%．
II．为确定该牙膏摩擦剂中氢氧化铝的存在，请设计实验．
实验步骤预期现象与结论
取适量牙膏样品于试管中，加入足量的NaOH溶液，过滤，向滤液中滴加盐酸．滤液中先出现白色沉淀，随后沉淀溶解，说明该牙膏摩擦剂中含氢氧化铝．
5．草酸晶体的组成可用H2C2O4•xH2O表示，为了测定x值，进行如下实验：
称取Wg草酸晶体，配成100.00mL水溶液
（1）称25.00mL所配制的草酸溶液置于锥形瓶内，加入适量稀H2SO4后，用浓度为amol•L-1的KMnO4溶液滴定到KMnO4不再褪色为止，所发生的反应2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+10CO2↑+2MnSO4+8H2O试回答：（1）实验中不需要的仪器有（填序号）cf，还缺少的仪器有（填名称）铁架台（带滴定管夹）．
a．托盘天平（带砝码，镊子）b．滴定管   c.100mL量筒    d.100mL容量瓶   e．烧杯
f．漏斗     g．锥形瓶     h．玻璃棒    i．药匙      j．烧瓶
（2）实验中，标准液KMnO4溶液应装在酸式滴定管中，因为KMnO4溶液有强氧化性，能腐蚀碱式滴定管中的橡皮管．
（3）若在接近滴定终点时，用少量蒸馏水将锥形瓶内壁冲洗一下，再继续滴定至终点，则所测得的x值会无影响（偏大、偏小、无影响）
（4）实验中用左手控制滴定管活塞（填仪器及部位），眼睛注视锥形瓶中溶液的颜色变化，直至滴定终点．判断到达终点的现象是滴入最后一滴溶液，锥形瓶中溶液的颜色由无色变浅红且保持30秒内不褪色．
2．药物E具有抗癌抑菌功效，其合成路线如图．

己知：NaBH4是一种很强的还原剂，可以将-C≡N还原为-CH2NH2
（1）化合物A的含氧官能团名称为醛基、醚键．
（2）反应①实际经历了两步反应，这两步的反应类型依次为加成反应、取代反应．设计反应①的目的是保护醛基．
（3）关于化合物D的说法错误的是ad（填序号）．
a．1molD最多可与3molH2发生加成反应  b．可以与盐酸发生反应
c．可以使高锰酸钾酸性溶液褪色    d．是一种芳香烃
（4）反应物     的名称为乙二醇；写出其与对苯二甲酸反应生成高聚物的化学方程式；
（5）以CH3CHO和CH3NH2为原料设计合成丙氨酸（CH3CH（NH2）COOH）的路线．
己知：RCH=NR′$\stackrel{HCN}{→}$$\stackrel{H+}{→}$
提示：①合成过程中无机试剂任选．
②合成路线表示方法示例为：CH3CH2Br$→_{△}^{NaOH、H_{2}O}$CH3CH2OH→…
9．能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．工业上合成甲醇的反应原理为：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H．
表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）：
温度250℃300℃350℃
K2.0410.2700.012
（1）根据表中数据可判断△H＜0　（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）300℃时，将2molCO、3molH2和2molCH3OH充入容积为1L的密闭容器中，此时反应将A（填序号）：
A．正向移动 B．逆向移动  C．处于平衡状态  D．无法判断
（3）下列能说明上述反应达到化学平衡状态的标志是C
A．恒温恒容下，混合气体的密度不在变化
B．达平衡时，v（CO）：v（H2）：v（CH3OH）=1：2：1
C．达平衡时，CH3OH浓度不再变化
D．单位时间内生产nmolCO同时生成2nmolH2．

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