Question

实验室利用废旧锌锰电池来制备纳米级ZnO，一种方法如下：
取废旧锌锰电池5节，拆开，把锌皮煮沸后刷净晾干；剪碎放入烧杯中，在室温下，用硫酸溶解；待锌皮完全溶解，抽滤除去杂质；将滤液与A溶液反应制得ZnCO₃后，高温分解，即可得纳米级ZnO．
回答下列问题：
（1）溶解锌皮时，用不同浓度硫酸、溶解时间和硫酸锌产率的关系见下表．由表可知，室温下溶解锌皮时硫酸的事宜浓度为

 

mol?L^-1．溶解锌皮时硫酸用量不宜过多，其原因是

 

．
    表1  硫酸浓度对锌溶解时间和硫酸锌产率的影响

实验编号	锌皮质量/g	硫酸浓度/（mol?L-1）	酸用量/mL	溶解耗时/h	ZnSO4?7H2O产率
1	11.1	6	34	＞24	88.83
2	12.0	4	56	11	88.92
3	12.0	3	72	5	91.54
4	12.6	2	107	＞24	91.33

（2）①制备ZnCO₃时，原料A选（NH₄）₂CO₃溶液而不用Na₂CO₃溶液的原因

 

．
②生成的ZnCO₃沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是

 

．
（3）ZnCO₃在封闭的高温电炉中焙烧，焙烧后的ZnO粉末用去离子水洗净，再用乙醇洗涤3次，减压过滤，干燥，得到纯净的纳米级ZnO．
①用乙醇洗涤的目的是

 

．
②焙烧5小时后，ZnCO₃的分解速率随分解时间的延长而增加的幅度缓慢，其主要原因为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）分析图表数据可知硫酸锌晶体在硫酸浓度为3mol/L时产率最大；分析过程可知生成碳酸锌需要加入A溶液为碳酸铵，硫酸过量会消耗更多的硫酸铵；
（2）①Na₂CO₃溶液碱性强于碳酸铵溶液，会促进锌离子水解生成氢氧化锌；
②取洗涤液检验硫酸根离子的存在；
（3）①乙醇易挥发，氧化锌不溶于乙醇，有利于干燥减少损失；
②依据化学平衡原理分析判断；

解答： 解：（1）分析图表数据可知硫酸锌晶体在硫酸浓度为3mol/L时产率最大；把锌皮煮沸后刷净晾干；剪碎放入烧杯中，在室温下，用硫酸溶解；待锌皮完全溶解，抽滤除去杂质；将滤液与A溶液反应制得ZnCO₃后，高温分解，即可得纳米级ZnO，过程可知生成碳酸锌需要加入A溶液为碳酸铵，硫酸过量会消耗更多的硫酸铵，造成浪费；
故答案为：3，硫酸过量会消耗更多的硫酸铵，造成浪费；
（2）①制备ZnCO₃时，原料A选（NH₄）₂CO₃溶液而不用Na₂CO₃溶液的原因是Na₂CO₃溶液比碳酸铵碱性强，会促进锌离子水解生成氢氧化锌；
故答案为：Na₂CO₃溶液碱性比碳酸铵强，会促进锌离子水解生成氢氧化锌；
②生成的ZnCO₃沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是取洗涤液检验硫酸根离子的存在，取最后一次洗涤液，先加盐酸，然后加BaCl₂溶液，若无沉淀生成则已洗净；
故答案为：取最后一次洗涤液，先加盐酸，然后加BaCl₂溶液，若无沉淀生成则已洗净；
（3）①ZnCO₃在封闭的高温电炉中焙烧，焙烧后的ZnO粉末用去离子水洗净，再用乙醇洗涤3次，用乙醇洗涤的目的是乙醇易挥发，氧化锌不溶于乙醇，有利于干燥减少损失；
故答案为：乙醇易挥发，有利于Zn粉末的干燥；
②依据化学平衡原理分析判断，焙烧5小时后，ZnCO₃的分解速率随分解时间的延长而增加的幅度缓慢，其主要原因为反应ZnCO₃（s）=ZnO（s）+CO₂（g），生成大量二氧化碳趋于平衡；
故答案为：反应ZnCO₃（s）=ZnO（s）+CO₂（g），生成大量二氧化碳趋于平衡；

点评：本题考查了物质分离提纯方法，实验基本操作的分析应用，注意分析题干信息掌握基础是关键，题目难度中等．