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5．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）增大硫酸浓度或升高温度或边加硫酸边搅拦或增加浸出时间等．
（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（或者酸度计或试纸）．
（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．

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解答；
（2）测量溶液pH可以用pH计（或者酸度计或试纸）；
（3）加入MnO2可以将亚铁离子氧化成铁离子；
（4）根据电子得失守恒和元素守恒书写过二硫酸铵和硫酸锰反应的化学方程式；
（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）要提高浸出率，可增大硫酸浓度、升高温度、边加硫酸边搅拦、增加浸出时间等，
故答案为：增大硫酸浓度或升高温度或边加硫酸边搅拦或增加浸出时间等；
（2）测量溶液pH可以用pH计（或者酸度计或试纸），
故答案为：pH计（或者酸度计或试纸）；
（3）加入MnO2可以将亚铁离子氧化成铁离子，便于除去铁元素，
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，故选C，
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）=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，
答：溶液中允许的Cu2+浓度的最大值为10-1.6mol/L．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法和流程分析判断，为高考常见题型，掌握物质性质和实验操作流程是解题关键，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的应用能力．

练习册系列答案
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5．在氢氧化铁胶体中逐滴滴入下列某种溶液，出现的现象是先沉淀，后沉淀溶解．这种溶液是（　　）
A．稀硫酸B．饱和硫酸镁溶液C．饱和氯化钡溶液D．饱和硫酸铵溶液
6．一定条件下，物质A～E转化关系如图，其中A为单质，B为化合物，常温下E为无色液体．
（1）x为第3周期原子半径最小的元素，y为第3周期原子半径最大的元素，若A、C、D均含x元素，B、C、D均含y元素，D的溶液具有漂白性，则B的电子式为，所含化学键类型为离子键、共价键，A与B反应的化学方程式是Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O；D溶液可使KI淀粉溶液显蓝色，则D与KI溶液反应的离子方程式是2H++2I-+ClO-=Cl-+H2O+I2．
（2）z、w为短周期相邻元素，w原子的最外层电子数是内层电子数的两倍，则w在元素周期表中的位置为第二周期ⅣA族．若A为元素w的单质，B为z的最高价氧化物对应水化物，则A与B的浓溶液反应的化学方程式是C+4HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+4NO2↑+2H2O．
13．加碘食盐中加入的碘酸钾是一种白色结晶粉末，常温下很稳定，加热至560℃开始分解．工业生产碘酸钾的流程如下：

（1）检验加碘食盐中的碘元素，学生甲利用碘酸钾与碘化钾在酸性条件下发生反应．用四氯化碳检验所生成的碘时，主要用到的玻璃仪器有分液漏斗．
（2）从滤液中得到KIO3成品的操作为蒸发结晶，操作时除不断用玻璃棒搅拌外，还需要注意的事项有当析出较多晶体时，应停止加热，利用余热蒸干．
（3）某探究学习小组测定加碘食盐中碘的含量，设计的实验步骤如下：
①准确称取w g食盐，加适量蒸馏水使其完全溶解；
②用稀硫酸酸化所得溶液，加入过量KI溶液，使KIO3与KI反应完全；反应的方程式如下，请配平1KIO3+5KI+3H2SO4═3K2SO4+3I2+3H2O；
③生成的碘单质用Na2S2O3溶液滴定，反应的离子方程式为：I2+2S2O32-═2I-+S4O62-．滴定时，选择淀粉为指示剂，眼睛应该注视锥形瓶内溶液颜色的变化，达到滴定终点时的现象为当滴入最后一滴时，溶液蓝色刚好消失，且30秒内不恢复，加入物质的量浓度为2.0×10-3 mol•L-1的Na2S2O3溶液10.0mL时，恰好反应完全．
（4）该加碘食盐样品中的碘元素含量是$\frac{1270}{3w}$mg/kg（以含w的代数式表示）．
20．在两个固定体积均为1L密闭容器中以不同的氢碳化比[n（H2）：n（CO2）]充入H2和CO2，在一定条件下发生反应：2CO2（g）+6H2（g）?C2H4（g）+4H2O（g）△H．CO2的平衡转化率a（CO2）与温度的关系如图所示．下列说法正确的是（　　）
A．该反应在高温下自发进行
B．氢碳比：X＜2.0
C．若起始时，CO2、H2、浓度分分别为0.5mol/L和1.0mol/L，则可得P点，对应温度的平衡常数的值为512
D．向处于P点状态的容器中，按2：4：1：4的比例再充入CO2、H2、C2H4、H2O，再次平衡后a（CO2）减小
10．CO是高炉炼铁的主要反应物之一，发生的主要反应为$\frac{1}{3}$Fe2O3（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO2（g）
已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：
温度/℃1 0001 1501 300
平衡常数 4.03.73.5
该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
17．柠檬酸铁铵是一种铁质强化剂，可治疗缺铁性贫血．该盐极易潮解，溶于水，不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，见光易转化为亚铁盐．其实验室制备过程和工业生产流程分别如下：
（一）实验室制备过程：
FeSO4溶液$→_{①}^{NaClO_{3}/80℃}$Fe2（SO4）3$→_{②}^{NH_{3}H_{2}O}$Fe（OH）3↓$→_{③}^{C_{6}H_{5}O_{7}H_{3}}$Fe（C6H5O7）$→_{④}^{氨水}$（NH4）3Fe（C6H5O7）2
（二）工业生产流程：
硫酸亚铁$→_{①}^{氯化钠}$氢氧化铁$→_{②}^{柠檬酸}$成盐$→_{③}^{氨水/柠檬酸}$溶液$\stackrel{过滤}{→}$滤液→…$\stackrel{洗涤}{→}$ $\stackrel{干燥}{→}$成品
已知：
Fe（OH）3+C6H5O7H3（柠檬酸）═Fe（C6H5O7）（柠檬酸铁）+3H2O
3NH3•H2O+C6H5O7H3（柠檬酸）═（NH4）3C6H5O7（柠檬酸铵）+3H2O
Fe（C6H5O7）+（NH4）3C6H5O7═（NH4）3Fe（C6H5O7）2（柠檬酸铁铵）
请回答下列问题：
（一）实验室制备过程中，高纯度、合适紧密结构的氢氧化铁制备是生成柠檬酸铁铵的关键步骤：
（1）第①步中氯酸钠氧化硫酸亚铁时，下列装置最适合的是D．
（2）若要检验第①步反应后的溶液中不存在Fe2+，下列试剂最合适的是D．
A．KSCN溶液               B．KSCN溶液和氯水
C．酸性高锰酸钾溶液         D．铁氰化钾溶液
（3）第②步中反应时间与产品的含铁量的关系如图所示，在26min后含铁量随着反应时间的延长而降低，其主要原因是反应时间过长，产生结构紧密的氢氧化铁，难以被柠檬酸溶解，导致产品含铁量降低．请分析26min前含铁量随着反应时间的延长而增加的主要原因是26min前随着滴加时间的延长氨水与硫酸铁反应更充分，产生更多结构合适易被柠檬酸溶解的氢氧化铁，从而增加含铁量．
（4）检验氢氧化铁是否完全洗涤干净的具体实验操作是取少量最后一次洗涤液于2支试管中，分别滴加酸化的BaCl2、AgNO3溶液，均无白色沉淀产生，证明洗涤干净．

（二）在工业生产流程中
（5）下列关于工业生产流程的说法正确的是AC．
A．第①步用大量的NaClO3氧化Fe2+时，可消耗H+，促进产生的Fe3+水解产生Fe（OH）3
B．第①步中的NaClO3可以用稀硝酸溶液代替
C．第②步中为加快Fe（OH）3的溶解速率，可采用搅拌或适当升高温度
D．第③步中的柠檬酸是起调节溶液pH作用，可用稀硫酸代替
（6）第④步后，为制得成品，后续操作步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（7）在室温下，将所得的成品用无水乙醇进行浸泡2次，从而得到精制产品，选择用无水乙醇进行浸泡的优点是①无水乙醇可溶解柠檬酸等有机杂质，提高产品纯度；②减少柠檬酸铁铵的溶解损失；③乙醇易挥发，不易残留．（写出两点）
14．为了预防碘缺乏症，国家规定每千克食盐中应含有40～50mg碘酸钾．碘酸钾晶体具有较高的稳定性，但在酸性溶液中，碘酸钾是一种较强的氧化剂，能跟某些还原剂反应生成碘；在碱性溶液中，碘酸钾能被氯气、次氯酸等更强的氧化剂氧化为更高价的碘的含氧酸盐．工业生产碘酸钾的流程如图所示．

（1）碘在周期表中的位置为第五周期第ⅦA族；
（2）碘、氯酸钾、水混合反应时，若两种还原产物所得电子的数目相同，请配平该反应的化学方程式：6I2+11KClO3+3H2O═6KH（IO3）2+5KCl+3Cl2↑；
（3）混合反应后，用稀酸酸化的作用是促进氯气从反应混合物中逸出，在稀盐酸和稀硝酸中不能选用的酸是稀盐酸，理由是盐酸能还原已生成的碘酸氢钾；
（4）试剂X的化学式为KOH，写出用试剂X调pH的化学方程式KH（IO3）2+KOH=2KIO3+H2O；
（5）如果省略“酸化”、“逐氯”、“结晶①、过滤”这三步操作，直接用试剂X调整反应混合物的pH，对生产碘酸钾有什么影响？
15．设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是（　　）
A．标准状况下，1LC2H5OH燃烧后生成的CO2分子数约为$\frac{{N}_{A}}{11.2}$
B．电解食盐水水时，当产生22.4LH2时，电路中转移的电子数为2NA
C．标准状况下，11.2LCH4和C2H4混合气体中含有碳原子的数目为2NA
D．NH3易溶于水，3.4gNH3溶于1LH2O，溶液中氮原子总数为0.6NA

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