Question

13．某科研小组设计出利用工业废酸（10%H₂SO₄）来堆浸某废弃的氧化铜锌矿制取活性ZnO的方案，实现废物综合利用，方案如图所示．

已知：298K时各离子开始沉淀及完全沉淀时的pH如下表所示．

离子	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe2+	6.34	9.7
Fe3+	1.48	3.2
Zn2+	6.2	8.0

请回答下列问题：
（1）氧化铜锌矿中含有少量的CuS和ZnS，在H₂SO₄的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶，这是由于相同温度下：K_sp（CuS）＜ K_sp（ZnS）（选填“＞”“＜”或“=”）．
（2）你认为在除铁过程中选用下列物质中的C（填序号）作为试剂甲是比较合适的．
A．KMnO₄          B．HNO₃          C．H₂O₂              D．Cl₂
（3）除铁过程中加入氨水的目的是调节溶液的pH，pH应控制在3.2～6.2范围之间．
（4）请写出加甲物质后，加入氨水控制调节溶液的pH生成Fe（OH）₃反应的离子方程式Fe³⁺+3NH₃•H₂O═Fe﹙OH）₃↓+3NH₄⁺．
（5）298K时残留在乙溶液中的c（Fe³⁺）在2.7×10^-15.6 mol/L以下（Fe（OH）₃的K_SP=2.70×10^-39）
（6）乙的溶液可直接用作氮肥，则乙的化学式是（NH₄）₂SO₄．
（7）请写出“沉淀Zn²⁺”步骤中发生反应的化学方程式2ZnSO₄+NH₄HCO₃+3NH₃．H₂O═Zn₂（OH）₂CO₃↓+2（NH₄）₂SO₄+H₂O．

Answer 1

分析 氧化铜锌矿先用稀硫酸溶解，然后过滤分离出矿渣，向所得溶液中加入过量Fe将Cu铜置换出来，得到海绵铜，向滤液中加入试剂甲、氨水除去铁，加氧化剂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，加氨水调节溶液的pH，过滤将其除去，再用NH₄HCO₃洗涤溶液，得到溶解度较小的碱式碳酸锌，最后焙烧得到ZnO，乙的溶液可直接用作氮肥，乙溶液为（NH₄）₂SO₄，
（1）相同条件下，溶解度大的物质先溶解；
（2）除铁过程中，要将亚铁离子转化为铁离子，然后用氨水除去铁离子，试剂甲具有氧化性且不能引进新的杂质； 
（3）pH的范围应是使铁离子沉淀完全而锌离子不沉淀；
（4）铁离子和一水合氨反应生成氢氧化铁沉淀和铵根离子；
（5）锌离子开始沉淀时溶液的pH=6.2，溶液中c（OH^-）=10^-7.8 mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$；
（6）结合题给信息利用工业废酸和氮肥考虑；
（7）硫酸锌、碳酸氢铵和一水合氨反应生成碱式碳酸锌和硫酸铵、水．

解答 解：氧化铜锌矿先用稀硫酸溶解，然后过滤分离出矿渣，向所得溶液中加入过量Fe将Cu铜置换出来，得到海绵铜，向滤液中加入试剂甲、氨水除去铁，加氧化剂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，加氨水调节溶液的pH，过滤将其除去，再用NH₄HCO₃洗涤溶液，得到溶解度较小的碱式碳酸锌，最后焙烧得到ZnO，乙的溶液可直接用作氮肥，乙溶液为（NH₄）₂SO₄，
（1）相同条件下，溶解度大的物质先溶解，因在H₂SO₄的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶，则相同温度下：K_sp（CuS）＜K_sp（ZnS），故答案为：＜；
（2）除铁过程中，要将亚铁离子转化为铁离子，然后用氨水除去铁离子，试剂甲具有氧化性且不能引进新的杂质，高锰酸钾、硝酸、氯气都具有强氧化性但能引进新的杂质，所以应该选取双氧水，双氧水被还原生成水，故选C； 
（3）从图表数据可知，铁离子沉淀完全的pH为3.2，锌离子开始沉淀的pH为6.2．故除铁pH范围为：3.2～6.2，故答案为：3.2～6.2；
（4）铁离子和一水合氨反应生成氢氧化铁沉淀和铵根离子，离子方程式为Fe³⁺+3NH₃•H₂O═Fe﹙OH）₃↓+3NH₄⁺，故答案为：Fe³⁺+3NH₃•H₂O═Fe﹙OH）₃↓+3NH₄⁺；
（5）锌离子开始沉淀时溶液的pH=6.2，溶液中c（OH^-）=10^-7.8 mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.70×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-7.8}）^{3}}$mol/L=2.7×10^-15.6mol/L，故答案为：2.7×10^-15.6；
2.7×10^-20.4
（6）因所用废酸为硫酸，乙又可作氮肥，所以乙为（NH₄）₂SO₄，
故答案为：（NH₄）₂SO₄；
（7）硫酸锌、碳酸氢铵和一水合氨反应生成碱式碳酸锌和硫酸铵、水，反应方程式为2ZnSO₄+NH₄HCO₃+3NH₃．H₂O═Zn₂（OH）₂CO₃↓+2（NH₄）₂SO₄+H₂O，故答案为：2ZnSO₄+NH₄HCO₃+3NH₃．H₂O═Zn₂（OH）₂CO₃↓+2（NH₄）₂SO₄+H₂O．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，侧重考查学生知识综合应用能力，明确物质性质及物质分离和提纯方法是解本题关键，难点是计算铁离子浓度，知道流程图中各部分可能发生的反应、采用的分离方法，题目难度不大．