Question

18．硫酸锌被广泛应用于工农业生产和医药领域．工业上由氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）生产ZnSO₄•7H₂O的一种流程如下：

（1）步骤Ⅰ包括酸浸和过滤两个操作．
①酸浸时，需不断通入高温水蒸气的目的是升高温度，使反应物充分混合，以加快反应速率．
②过滤时为防堵塞，过滤装置需常用NaOH溶液清洗，其清洗原理是H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O（用化学方程式表示）．
（2）步骤Ⅱ中，在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂两种沉淀，该反应的离子方程式为3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺．
（3）步骤Ⅲ所得滤渣Z的主要成分是Cu（Zn）．
（4）取28.70g ZnSO₄•7H₂O加热至不同温度，剩余固体的质量变化如图所示．
①步骤Ⅳ中的烘干操作需在减压条件下进行，其原因是降低烘干的温度，防止ZnSO₄•7H₂O分解．
②在图中C点，680℃时所得固体的化学式为d（填字母序号）．
a．ZnO     b．ZnSO₄    c．ZnSO₄•H₂O
d．Zn₃O（SO₄）₂．

Answer 1

分析 氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，过滤，滤液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁，再加高锰酸钾溶液与亚铁离子反应生成MnO（OH）₂和氢氧化铁沉淀，过滤，滤液中含有硫酸铜和硫酸锌，加锌粉置换铜离子，过滤，滤渣为Cu可能含有Zn，滤液为硫酸锌，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO₄•7H₂O晶体；
（1）①根据温度对反应速率的影响分析；
②用氢氧化钠溶液清洗过滤装置，目的是使反应生成的H₂SiO₃滤渣反应生成Na₂SiO₃溶解除去；
（2）高锰酸钾与Fe²⁺反应生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂；
（3）步骤Ⅲ：向滤液中加入锌粉，置换出铜；
（4）①由于ZnSO₄•7H₂O易分解，烘干时要适当降低温度；
②28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物质的量为0.1mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO₄•H₂O或ZnSO₄或ZnO或Zn₃O（SO₄）₂时，物质的量均为0.1mol，根据它们的质量通过排除法确定．

解答 解：氧化锌矿（主要成分为ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，过滤，滤液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁，再加高锰酸钾溶液与亚铁离子反应生成MnO（OH）₂和氢氧化铁沉淀，过滤，滤液中含有硫酸铜和硫酸锌，加锌粉置换铜离子，过滤，滤渣为Cu可能含有Zn，滤液为硫酸锌，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO₄•7H₂O晶体；
（1）①酸浸时，不断通入高温水蒸气可使反应液的温度升高，使反应物充分混合，以加快反应速率，
故答案为：升高温度，使反应物充分混合，以加快反应速率；
②滤渣A为硅酸沉淀，用氢氧化钠溶液清洗过滤装置，目的是使反应生成的H₂SiO₃滤渣与氢氧化钠反应生成Na₂SiO₃溶解除去，其发生的反应为：H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O，
故答案为：H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O；
（2）在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾，高锰酸钾与Fe²⁺发生氧化还原反应，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂两种沉淀，则反应的离子方程式为：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺，
故答案为：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺；
（3）步骤Ⅲ：向含有Cu²⁺、Zn²⁺、SO₄^2-的滤液中加入锌粉，置换出铜，可能含有过量的锌粉，
故答案为：Cu（Zn）；
（4）①由于ZnSO₄•7H₂O易分解，烘干时要适当降低温度，防止ZnSO₄•7H₂O分解，
故答案为：降低烘干的温度，防止ZnSO₄•7H₂O分解；
②28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物质的量为0.1mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO₄•H₂O或ZnSO₄或ZnO或Zn₃O（SO₄）₂时，物质的量均为0.1mol，
若得ZnSO₄•H₂O的质量为17.90g（100℃）；
若得ZnSO₄的质量为16.10g（250℃）；
若得ZnO的质量为8.10g（930℃）；
据此通过排除法确定680℃时所得固体的化学式为Zn₃O（SO₄）₂；
故答案为：d．

点评 本题以ZnSO₄•7H₂O的制备为知识背景，考查了基本实验操作、氧化还原反应、化学反应速率的影响因素、化学方程式的书写、计算等知识，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和实验能力．