Question

活性氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小约在1～100纳米．湿化学法（NPP法）制备纳米级活性氧化锌，可用各种含锌物料为原料，采用酸浸出锌，经过多次净化除去原料中的杂质，然后沉淀获得碱式碳酸锌，最后焙解获得活性氧化锌，化学工艺流程如图．

（1）“溶解”后得到的酸性溶液中含有Zn²⁺、SO₄^2-，另含有Fe²⁺、Cu²⁺等杂质．除杂过程中所加A物质为

 

 （填“Na₂CO₃”或“H₂SO₄”），然后加入适量KMnO₄，Fe²⁺转化为Fe（OH）₃，同时KMnO₄转化为MnO₂，该反应的离子方程式为

 

．经检测溶液中Fe²⁺的浓度为0.009mol/L，则每升溶液中至少应加入

 

 mol KMnO₄．
（2）已知溶液中杂质Cu²⁺浓度为0.0002mol/L，常温下Cu（OH）₂的溶度积常数K_sp=2.2×10^-20．请列式计算说明滤渣1中是否存在Cu（OH）₂

 

．滤液1中加Zn的作用是

 

．
（3）滤液2所加pH=12的Na₂CO₃溶液中c（CO₃^2-）=0.5mol/L，c（HCO₃^-）=0.01mol/L，则c（Na⁺）：c（OH^-）=

 

．
（4）“煅烧”碱式碳酸锌[ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O]反应的化学方程式为

 

．
（5）检验流程中滤液3中含有Na⁺的方法是

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,金属的回收与环境、资源保护,物质的分离、提纯和除杂

专题：实验题

分析：由实验流程可知，含锌物料为原料，采用硫酸浸出锌，过滤除杂，得到滤液中含锌离子，与加入的Na₂CO₃溶液反应生成碱式碳酸锌，最后焙解获得活性氧化锌，
（1）溶液呈酸性，加入碳酸钠使其降低酸性，导致金属阳离子生成沉淀析出；适量KMnO₄将Fe²⁺转化为Fe（OH）₃，据此书写离子反应方程式，由电子守恒计算；
（2）依据氢氧化铜溶度积常数计算即可；
（3）pH=12的Na₂CO₃溶液，n（Na）=2n（C），c（OH^-）=0.01mol/L；
（4）“煅烧”反应生成ZnO、二氧化碳和水；
（5）Na的焰色为黄色，以此检验．

解答： 解：（1）溶解后得到酸性溶液，要调节溶液的pH至5.4，需要升高pH，故应加入Na₂CO₃，Fe²⁺转化为Fe（OH）₃，同时KMnO₄转化为MnO₂，离子反应方程式为：3Fe²⁺+MnO₄^-+7H₂O=MnO₂+3Fe（OH）₃+5H⁺，n（Fe²⁺）=0.009 mol，由电子得失守恒，则n（KMnO₄）=

0.009mol

(7-4)

=0.003 mol，
故答案为：Na₂CO₃；3Fe²⁺+MnO₄^-+7H₂O=MnO₂+3Fe（OH）₃+5H⁺；0.003；
（2）Cu²⁺浓度为0.0002mol?L^-1，此时pH值为5，故c（OH^-）=1.0×10^-9，故Q_c=0.0002×（1.0×10^-9）²＜2.2×10^-20，故此时不存在氢氧化铜，加入Zn，目的是除去铜离子，故答案为：0.0002×（1.0×10^-9）²＜2.2×10^-20，所以滤渣1中不含有Cu（OH）₂；除去铜离子；
（3）pH=12的Na₂CO₃溶液，由化学式可知，n（Na）=2n（C），则c（Na⁺）=2×0.51 mol/L=1.02 mol/L，c（OH^-）=0.01mol/L，所以c（Na⁺）：c（OH^-）=102：1，故答案为：102：1；
（4）“煅烧”反应生成ZnO、二氧化碳和水，反应为ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O

450℃-500℃  .

3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑，故答案为：ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O

450℃-500℃  .

3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑；
（5）Na的焰色为黄色，则检验溶液中含有Na⁺，常用焰色反应，故答案为：焰色反应．

点评：本题考查学生对工艺流程的理解、阅读获取信息能力、对操作步骤的分析评价、物质的分离提纯、氧化还原反应计算等，是对所学知识的综合运用与能力的考查，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识、信息进行解决问题的能力，题目难度中等．