题目内容

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．

练习册系列答案
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19．对下列流程有关判断正确的是（　　）
A．流程中涉及的反应均为非氧化还原反应
B．反应②产生的阴离子主要为CO32-
C．实验室中完成反应③应在蒸发皿中进行
D．反应①中发生的主要反应为：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O
20．取一定质量的Cu、Cu2O、CuO的固体混合物，将其分成两等份．其中一份通入足量的氢气充分反应后固体质量为25.6g，另一份加入500mL稀硝酸中固体恰好完全溶解并产生标准状况下的NO气体4.48L．已知Cu2O+2H+═Cu+Cu2++H2O．则稀硝酸的浓度为（　　）
A．2 mol•L-1B．1.6 mol•L-1C．0.8 mol•L-1D．0.4 mol•L-1
17．下列离子方程式的书写正确的是（　　）
A．Al2O3和NaOH溶液反应：Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2↑
B．NaHCO3溶液与NaOH溶液反应：OH-+HCO3-═CO2↑+H2O
C．Ca（HCO3）2溶液中加入少量NaOH溶液：Ca2++2HCO3-+2OH-═CaCO3↓+2H2O+CO32-
D．AlCl3溶液中加入足量的氨水：Al3++3NH3•H2O═Al（OH）3↓+3NH4+
4．现有五种物质A、B、C、D、E，其中有一种是碱，四种是盐，溶于水后电离可以产生下表中的离子：
阳离子Na+　　　　　H+　　　　　Ba2+
阴离子OH-　　　　CO32-　　　　SO42-
为鉴别它们，分别完成以下实验，其结果如下：
①A溶液与B溶液反应生成无色气体X，气体X可以和C溶液反应生成沉淀E，沉淀E可与B溶液反应，但反应很快停止；
②B溶液与 C溶液反应生成白色沉淀D，沉淀D不溶于稀硝酸．
请根据上述实验结果，填空：
（1）写出下列物质的名称：X二氧化碳．
（2）鉴别B在溶液中产生的阴离子的实验操作方法是取少量生B的溶液于试管，先加入盐酸，再加入BaCl2溶液，生成白色沉淀，则溶液中含有SO42-．
（3）完成以下水溶液中的反应的离子方程式：
A溶液与B溶液反应：CO32-+2H+=CO2↑+H2O
B与C反应至溶液呈中性：2H++SO42-+Ba2++2OH-=2H2O+BaSO4↓
（4）D 与E的混合物ag，加入足量盐酸，反应完毕生成标准状况时的气体 bL，则D在混合物中的质量分数为$\frac{（22.4a-197b）}{22.4a}$×100%．
14．短周期元素W、X、Y、Z 原子序数依次增大，W与Y最外层电子数之和为X的最外层电子数的2倍，Z最外层电子数等于最内层电子数，X、Y、Z的简单离子的电子层结构相同，W的单质是空气中体积分数最大的气体．下列说法正确的是（　　）
A．Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比W的强
B．W的气态氢化物比X的稳定
C．离子半径的大小顺序：r（W）＞r（X）＞r（Y）＞r（Z）
D．WX2与ZY2中的化学键类型相同
1．X、Y、Z、W为四种短周期主族元素，其中X、Z同族，Y、Z同周期，W与X、Y既不同族也不同周期；X原子最外层电子数是核外电子层数的3倍；Y的最高正价与最低负价的代数和为6．下列说法正确的是（　　）
A．Y、Z两元素形成的简单阴离子的还原性Z＞Y
B．原子半径大小的顺序为Z＞X＞Y＞W
C．X与W形成的化合物W2X2中含有离子键和共价键
D．Y、Z两种元素最高价氧化物的水化物的酸性Z＞Y
18．喷泉是一种常见的自然现象，其产生原因通常是装置内外存在压强差．
（1）图a所示为化学教学中所用的喷泉实验装置，在烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体．下列组合中不可能形成喷泉的是B
A．HCl和H2O  B．O2和H2O  C．NH3和H2O  D．CO2和NaOH溶液
（2）某学生积极思考产生喷泉的其他办法，并设计了如图b所示装置．
①在图b锥形瓶中分别加入足量下列物质，反应后可能产生喷泉的是D
A．Cu与稀盐酸
B．NaHCO3与NaOH溶液
C．CaCO3与稀硫酸
D．NH4HCO3与稀盐酸
②在锥形瓶外放一水槽，瓶中加入酒精，水槽中加入冷水后，再加入足量的下列物质，结果也产生了喷泉，水槽中加入的物质可以是A
A．浓硫酸 B．食盐  C．硝酸钾 D．硫酸铜
这种方法产生喷泉的原理是浓H2SO4溶于水放热，温度升高，酒精加快挥发，锥形瓶内气压增大．
③比较图a和图b两套装置，从产生喷泉的原理来分析，图a是减小（填“增大”或“减小”，下同）上部烧瓶内的气体压强；图b是增大下部锥形瓶内的气体压强．
19．下列说法不正确的是（　　）
A．二甲苯和四甲苯均有三种
B．乙醇的酯化反应和酯的水解均属于取代反应
C．乙醇、乙酸均可与金属钠反应
D．石油裂解和油脂皂化均是由高分子物质生成小分子物质的过程

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