Question

氧化锌是电镀、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（含铁、铜、锰等杂质）生产氧化锌的工艺流程如下：
含Zn废料

①试剂X

压缩空气浸取液

②10%H2O

PH=5.5

的氧化液

③试剂Y

还原液

④Na2CO3

碳化

⑤洗涤

焙烧

ZnO
浸取液下有箭头指向黄钠铁钒（NaFe₃（SO₄）（OH）₆）；氧化液下有箭头指向MnO（OH）₂等；还原液下有箭头指向海绵Cu； 碳化下有箭头指向滤液．
已知：黄钠铁钒在PH为15，温度为90℃时完全沉淀，且易于过滤．
（1）步骤①的浸取液里除含有Zn²⁺、Mn²⁺外，含有的金属离子有

 

，

 

，所加试剂X为Na₂SO₄和

 

的混合液；
（2）步骤②可进一步氧化除铁，还氧化除去了Mn²⁺，试写出相应的除去Mn²⁺的离子方程式

 

，步骤③加入的试剂是

 

，整个工艺流程中可以循环使用的试剂是

 

；
（3）步骤⑤中检验沉淀是否洗涤干净的操作方法是

 

；
（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6.82g，充分灼烧后测得残留物质量为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

 

．

Answer 1

考点：物质的分离、提纯和除杂,制备实验方案的设计

专题：实验题

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：（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）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

4.86

81

=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．

点评：本题考查制备实验方案的设计，涉及为高考不变的一个题型，每年高考必考，是热点题型、也是高考难点之一．本题主要考查了氧化还原反应和离子反应方程式的书写、化学式的判断，难度中等．