Question

3．炼铁高炉的烟尘中主要含有Fe₂O₃和FeO，还含有少量的CuO、ZnO、SiO₂等物质．通过图1步骤可从烟尘中得到有用物质．

已知：25℃，K_sp[Fe（OH）₃]=4×10^-38  K_b（NH₃•H₂O）=1.75×10^-5
（1）“酸浸”步骤中所用的硫酸浓度太高会产生SO₂有害气体，但也不能太低，理由是浓度太低，酸浸速率慢．
（2）已知“氧化”步骤中1molMnO₂得到2mole^-，写出反应的离子方程式2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O．能判断氧化是否完全的试剂是C（填标号）．
A．氯水     B．硫氰酸钾溶液     C．高锰酸钾酸性溶液  D．氢氧化钠溶液
（3）“除铁”步骤中用氨水将溶液的pH调节到5，若温度为25℃，溶液中c （Fe³⁺）=4×10^-11mol•L^-1，$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=1.75×10⁴．
（4）“除锰”步骤中还原产物为K₂SO₄，则反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1．
（5）“还原”步骤中X是锌．
（6）电解ZnSO₄溶液的装置如图2所示．阳极的电极反应式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 炼铁高炉的烟尘中主要含有Fe₂O₃和FeO，还含有少量的CuO、ZnO、SiO₂等物质，用硫酸酸浸后过滤得到滤液中含有锌离子、亚铁离子等，用二氧化锰氧化亚铁离子生成铁离子，再加氨水调节pH值除去铁离子，再加入过二硫酸钾生成二氧化锰除去锰，再加入足量的锌除去铜离子，得到硫酸锌的溶液，电解硫酸锌溶液得到金属锌，
（1）酸浓度低浸取塑料小；
（2）二氧化锰具有氧化性，酸性溶液中能氧化亚铁离子生成铁离子，二氧化锰被还原为锰离子；检验亚铁离子可以利用其还原性选择高锰酸钾溶液检验；
（3）结合氢氧化铁溶度积常数计算铁离子浓度，$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$×$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kb}{c（O{H}^{-}）}$；
（4）根据电子得失守恒和元素守恒书写过二硫酸钾和硫酸锰反应的化学方程式得到氧化剂与还原剂的物质的量之比；
（5）分析可知X为锌；
（6）电解ZnSO₄溶液，阳极为石墨，溶液中氢氧根离子失电子发生氧化反应；

解答 解：炼铁高炉的烟尘中主要含有Fe₂O₃和FeO，还含有少量的CuO、ZnO、SiO₂等物质，用硫酸酸浸后过滤得到滤液中含有锌离子、亚铁离子等，用二氧化锰氧化亚铁离子生成铁离子，再加氨水调节pH值除去铁离子，再加入过二硫酸钾生成二氧化锰除去锰，再加入足量的锌除去铜离子，得到硫酸锌的溶液，电解硫酸锌溶液得到金属锌，
（1）“酸浸”步骤中所用的硫酸浓度太高会产生SO₂有害气体，但也不能太低，理由是浓度太低，酸浸速率慢，
故答案为：浓度太低，酸浸速率慢；
（2）二氧化锰具有氧化性，酸性溶液中能氧化亚铁离子生成铁离子，二氧化锰被还原为锰离子，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，检验亚铁离子可以利用其还原性选择高锰酸钾溶液检验，滴入高锰酸钾溶液褪色石墨含有亚铁离子，不褪色则不含亚铁离子，能判断氧化是否完全的试剂是C，
故答案为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；C；
（3）“除铁”步骤中用氨水将溶液的pH调节到5，若温度为25℃，溶液中c （Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-9}）^{3}}$=4×10^-11，$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$×$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kb}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1.75×1{0}^{-5}}{1{0}^{-9}}$=
1.75×10⁴，
故答案为：4×10^-11；1.75×10⁴；
（4）“除锰”步骤中还原产物为K₂SO₄，反应的化学方程式为：MnSO₄+K₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+K₂SO₄+2H₂SO₄，
则反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，
故答案为：1：1；
（5）加入足量的锌除去铜离子，“还原”步骤中X是Zn，
故答案为：Zn；
（6）电解ZnSO₄溶液的装置如图2所示．，阳极为石墨，溶液中氢氧根离子失电子发生氧化反应，阳极的电极反应式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；

点评 本题考查了物质分离提纯、离子选择和除杂试剂选择、电解池原理等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．