题目内容

12．锌焙砂是锌精矿经焙烧后所得的产物，主要含氧化锌、硫酸锌，有少量FeO、CuO、NiO杂质，是炼锌最主要的原料．安徽某科研小组设计了如下提取金属锌的实验流程：

（1）酸浸得到的溶液中除Zn2+外，还含有的金属阳离子Cu2+、Ni2+、Fe2+（填离子符号），需要用到240ml 4mol•L-1 H2SO4，用18.4mol•L-1 H2SO4浓硫酸配制该溶液过程中用到的主要玻璃仪器有250ml容量瓶、玻璃棒、烧杯、量筒 胶头滴管等
（2）净化Ⅰ操作需要加入H2O2，控制溶液PH在4左右，发生反应的离子方程式H2O2+2Fe2++2H+═2Fe3++2H2O，沉淀的主要成分是Fe（OH）3．
（3）净化Ⅱ得到的Cu、Ni，需要进行洗涤操作，检验是否洗涤干净的方法是取最后洗涤液少量，滴加BaCl2，如无白色沉淀，则洗干净，
本流程中可以循环利用的物质除锌外还有H2SO4、ZnSO4．
（4）可用电解沉积硫酸锌溶液的方法制备锌，若在在阳极产生13.44L（标准状况下） 氧气，在阴极析出锌的质量为78g
（5）上述工艺中，如果不设计“净化Ⅱ”，造成的结果是最终得到的产品中含Cu、Ni杂质．

分析 锌焙砂经被烧后所得的产物，主要含氧化锌、硫酸锌（有少量FeO、CuO、NiO杂质），加入硫酸酸化，可生成硫酸锌、硫酸铜、硫酸镍以及硫酸亚铁等，净化Ⅰ操作分为两步：第一步是将溶液中少量的Fe2+氧化；第二步是控制溶液pH，使Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，得到的沉淀主要是Fe（OH）3，过滤后在滤液中加入锌，可置换出铜、镍等金属，滤液为硫酸锌，经电解，可得到锌，电解液主要成分为含有硫酸、硫酸锌，可循环使用，以此解答该题．
（1）锌焙砂经被烧后所得的产物，主要含氧化锌、硫酸锌（有少量FeO、CuO、NiO杂质），加入硫酸酸化，可生成硫酸锌、硫酸铜、硫酸镍以及硫酸亚铁等；配制一定物质的量浓度的溶液的步骤为：计算、称量、溶解、冷却、转移、洗涤、定容、摇匀等，根据配制的步骤选择使用的仪器；
（2）过氧化氢具有氧化性，亚铁离子具有还原性，两者反应生成铁离子和水，通过调节PH使Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀；
（3）净化Ⅱ得到的Cu、Ni可吸附溶液中的硫酸根离子，通过检验硫酸根离子的存在检验是否洗净，滤液为硫酸锌，经电解，可得到锌，电解液主要成分为含有硫酸、硫酸锌，可循环使用；
（4）根据阳极失去的电子总数等于阴极失去的电子总数相等解答，生成1mol氧气需转移4mol电子，生成1mol锌需转移2mol电子；
（5）上述工艺中，如果不设计“净化Ⅱ”，溶液中含有Cu2+、Ni2+，造成的结果是最终得到的产品中含Cu、Ni杂质．

解答 解：（1）锌焙砂经被烧后所得的产物，主要含氧化锌、硫酸锌（有少量FeO、CuO、NiO杂质），加入硫酸酸化，可生成硫酸锌、硫酸铜、硫酸镍以及硫酸亚铁等，因此酸浸得到的溶液中除Zn2+外，还含有的金属阳离子有Cu2+、Fe2+、Ni2+等，用浓硫酸配制稀硫酸需要的仪器有：量筒量取浓硫酸、烧杯用来溶解浓硫酸、玻璃棒搅拌、引流等、胶头滴管定容以及250mL容量瓶等，
故答案为：Cu2+、Fe2+、Ni2+；250ml容量瓶、玻璃棒、烧杯、量筒 胶头滴管等；
（2）净化Ⅰ操作需要加入H2O2溶液并控制溶液的pH在4左右，亚铁离子被双氧水氧化成铁离子，反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+═2Fe3++2H2O，控制溶液pH，使Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，
故答案为：H2O2+2Fe2++2H+═2Fe3++2H2O；Fe（OH）3；
（3）净化Ⅱ得到的Cu、Ni可吸附溶液中的硫酸根离子，检验是否洗涤干净，可取最后一次洗涤液于小试管中，滴加硝酸酸化的BaCl2溶液，如无沉淀生成，说明洗涤干净，通过制取金属锌的流程图示可以知道，可以循环利用的物质除锌外，含有硫酸、硫酸锌，
故答案为：取最后洗涤液少量，滴加BaCl2，如无白色沉淀，则洗干净；H2SO4、ZnSO4；
（4）13.44L（标准状况下） 氧气n=$\frac{V}{{V}_{m}}$=$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，转移电子0.6mol×4=2.4mol，生成1mol锌需转移2mol电子，所以在阴极析出锌的质量为：$\frac{2.4mol}{2}$×65g/mol=78g，
故答案为：78g；
（5）上述工艺中，如果不设计“净化Ⅱ”，溶液中含有Cu2+、Ni2+，电解会造成的结果是最终得到的产品中含Cu、Ni杂质，
故答案为：最终得到的产品中含Cu、Ni杂质．

点评 本题借助制取金属锌的流程考查了离子方程式、电解、化学计算等知识，为高考常见题型，注意合理分析题中信息，题目难度中等，充分考查了分析、理解能力．

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