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9.高炉炼铁的烟尘中主要含有锌、铁、铜等金属元素.从烟尘中提取硫酸锌,可以变废为宝,减少其对环境的危害.下图是用高炉烟尘制取硫酸锌的工业流程.

已知:
①20℃时,0.1mol.L-1的金属离子沉淀时的pH
pHFe3+Zn2+Mn2+Cu2+
开始沉淀1.96.08.14.7
沉淀完全3.78.010.16.7
沉淀溶解不溶解10.5不溶解/
②过二硫酸铵是一种强氧化剂.
③ZnSO4+4NH3═[Zn(NH3)4]SO4,[Zn(NH3)4]SO4易溶于水.
回答下列问题:
(1)为提高烟尘中金属离子的浸出率,除了适度增加硫酸浓度外,还可以采取什么措施?(举出1种)升高温度.
(2)上述流程测得溶液pH=5.0,此处可以选择的测量仪器是pH计.
(3)加入MnO2的目的是将Fe2+氧化成Fe3+.
(4)写出过二硫酸铵把硫酸锰(MnSO4)氧化的化学方程式MnSO4+(NH4)2S2O8+2H2O=MnO2+(NH4)2SO4+2H2SO4.
(5)写出还原过程发生的主要反应的离子方程式Zn+Cu2+=Zn2++Cu.
(6)操作甲中为使锌离子完全沉淀,添加的最佳试剂是C
A.锌粉           B.氨水             C.( NH4)2CO3             D.NaOH
(7)若pH=5.0时,溶液中的Cu2+尚未开始沉淀,求溶液中允许的Cu2+浓度的最大值10-1.6mol/L.

分析 高炉炼铁的烟尘中主要含有锌、铁、铜等金属元素,用硫酸酸浸,过滤得到滤液中含有锌离子、亚铁离子、铜离子等,用二氧化锰氧化亚铁离子生成铁离子,再加氨水调节pH值使铁离子转化为氢氧化铁沉淀,过滤除去,用过二硫酸铵除去锰离子,再加入足量的锌除去铜离子,得到硫酸铵、硫酸锌的混合溶液,在溶液中加足量的( NH4)2CO3 使锌离子完全沉淀,过滤分离后用硫酸溶解得到硫酸锌,
(1)提高浸出率可从浓度、温度、搅拌等影响化学反应速率的角度分析;
(2)测量溶液pH可以用pH计;
(3)加入MnO2可以将亚铁离子氧化成铁离子;
(4)过二硫酸铵和硫酸锰反应生成二氧化锰、硫酸铵、硫酸,根据电子得失守恒和原子守恒配平书写;
(5)还原过程中锌置换出铜;
(6)使锌离子完全沉淀,要调节溶液的pH值且要不引入新的杂质;
(7)根据0.1mol.L-1Cu2+开始沉淀时pH=4.7,可计算出Ksp[Cu(OH)2],根据Ksp可计算出pH=5.0时,溶液中的Cu2+浓度的最大值.

解答 解:高炉炼铁的烟尘中主要含有锌、铁、铜等金属元素,用硫酸酸浸,过滤得到滤液中含有锌离子、亚铁离子、铜离子等,用二氧化锰氧化亚铁离子生成铁离子,再加氨水调节pH值使铁离子转化为氢氧化铁沉淀,过滤除去,用过二硫酸铵除去锰离子,再加入足量的锌除去铜离子,得到硫酸铵、硫酸锌的混合溶液,在溶液中加足量的( NH4)2CO3 使锌离子完全沉淀,过滤分离后用硫酸溶解得到硫酸锌,
(1)升高温度、搅拦、增加浸出时间等可以提高烟尘中金属离子的浸出率,
故答案为:升高温度;
(2)测得溶液pH=5.0,可以选用pH计测定,
故答案为:pH计;
(3)加入MnO2可以将亚铁离子氧化成铁离子,通过调节溶液pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀除去,
故答案为:将Fe2+氧化成Fe3+;
(4)过二硫酸铵和硫酸锰反应生成二氧化锰、硫酸铵、硫酸,反应的化学方程式为:MnSO4+(NH4)2S2O8+2H2O=MnO2+(NH4)2SO4+2H2SO4,
故答案为:MnSO4+(NH4)2S2O8+2H2O=MnO2+(NH4)2SO4+2H2SO4;
(5)还原过程中锌置换出铜,反应的离子方程式为:Zn+Cu2+=Zn2++Cu,
故答案为:Zn+Cu2+=Zn2++Cu;
(6)由于在前面的步骤中已经加过锌,所以锌不能使锌离子完全沉淀,氨水与锌离子形成配合离子溶于水,氢氧化钠会引入新杂质,所以要使锌离子完全沉淀,只能用碳酸铵,
故答案为:C;
(7)根据0.1mol.L-1Cu2+开始沉淀时pH=4.7,可知Ksp[Cu(OH)2]=0.1×(10-9.3)2=10-19.6,根据Ksp可知pH=5.0时,所以溶液中的Cu2+浓度的最大值为:$\frac{1{0}^{-19.6}}{({1{0}^{-9})}^{2}}$mol/L=10-1.6mol/L,
故答案为:10-1.6mol/L.

点评 本题考查了物质分离提纯的方法及流程分析判断,为高考常见题型,题目难度中等,明确物质性质和实验操作流程是解题关键,注意掌握物质分离与提纯方法,试题侧重于考查学生的分析、理解能力及化学实验能力.

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