Question

氧化锌是橡胶、油漆、搪瓷、电缆、医药、电子、化学等工业的重要原料．以氧化锌粗品为原料制备活性氧化锌的生产工艺流程如下：

（1）浸出”后得到的酸性溶液中含有Zn²⁺、SO₄^2-，另含有Fe²⁺、Cu²⁺、Co⁺、Mn²⁺等杂质．物质A的作用是调节溶液的pH至5.4，物质A最好选择

 

．
A．NH₃．H₂O     B．Na₂CO₃     C．H₂SO₄   D．ZnO
已知25℃时部分金属离子从开始形成氢氧化物沉淀到沉淀完全时溶液的pH如下表：

金属离子	开始沉淀时溶液pH	完全沉淀时溶液pH
Zn2+	5.4	6.4
Fe2+	6.5	7.5
Cu2+	4.2	6.7
Co2+	6.6	7.6

该温度下Ksp[Zn（OH）₂]=

 

．
（2）KMnO₄的作用是除去Mn²⁺和Fe²⁺，则KMnO₄与Mn²⁺反应的离子方程式为

 

；若溶液中c（Fe²⁺）=0.0005mol/L，则处理1m³该溶液，Fe²⁺所消耗的KMnO₄的质量为

 

g（保留两位有效数字）．
（3）杂质Cu²⁺、Co²⁺可利用置换反应除去，则物质B是

 

．
（4）被灼烧的沉淀是ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O，生成该沉淀的化学方程式为

 

．如何检验该沉淀是否洗净？

 

．

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,物质的分离、提纯和除杂

专题：电离平衡与溶液的pH专题

分析：氧化锌样品加入硫酸酸浸，浸出”后得到的酸性溶液中含有Zn²⁺、SO₄^2-，另含有Fe²⁺、Cu²⁺、Co⁺、Mn²⁺等杂质，过滤除去不溶性杂质得到滤液A，加入A调节溶液PH，过滤加入高锰酸钾溶液氧化亚铁离子和锰离子，调节溶液PH生成氢氧化铁沉淀和二氧化锰沉淀，过滤得到滤液B为锌目的是发生置换反应生成铜和钴除去Cu²⁺、Co²⁺可，过滤得到滤液主要是锌离子的溶液，加入一水合氨和碳酸氢铵沉淀锌离子生成ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O，洗涤灼烧得到成品；
（1）该流程的目的是制备氧化锌，所以为了不引入新的杂质，需要选择氧化锌调节溶液的pH值；Zn（OH）₂完全沉淀时c（Zn²⁺）=1×10^-5mol/L，c（OH^-）=1×10^-14/1×10^-6.4=1×10^-7.6mol/L，依据溶度积常数计算得到；
（2）根据流程图可知，加入高锰酸钾后有二氧化锰沉淀出现，所以KMnO₄与Mn²⁺反应生成二氧化锰；根据得失电子守恒规律，结合离子方程式计算该溶液中n（Fe²⁺），得到需要KMnO₄的质量；
（3）杂质Cu²⁺、Co²⁺可利用置换反应除去，同样是为了不能引入新的杂质，B应是锌粉；
（4）生成ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O应是在加入碳酸氢铵与氨水后产生的，溶液中的硫酸锌与之反应生成的沉淀，结合原则守恒和产物配平书写化学方程式； 该沉淀中还可能含有硫酸根离子，所以检验洗涤是否干净的方法就是检验硫酸根离子是否存在；

解答： 解：（1）该流程的目的是制备氧化锌，所以为了不引入新的杂质，需要选择氧化锌 调节溶液的pH值；Zn（OH）₂完全沉淀时c（Zn²⁺）=1×10^-5mol/L，c（OH^-）=1×10^-14/1×10^-6.4=1×10^-7.6mol/L，所以该温度下Zn（OH）₂的K_sp=c（OH^-）²×c（Zn²⁺）=1.0×10^-20.2 ；
故答案为：D，1.0×10^-20.2 ；
（2）根据流程图可知，加入高锰酸钾后有二氧化锰沉淀出现，所以KMnO₄与Mn²⁺反应生成二氧化锰，离子方程式为2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=MnO₂+4H⁺；根据得失电子守恒规律，存在MnO₄^-～3Fe²⁺，1m³的该溶液中n（Fe²⁺）=0.5mol，则需要KMnO₄的质量为

0.5mol

3

×158g/mol=26.33g；
故答案为：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=MnO₂+4H⁺；26.33g；
（3）杂质Cu²⁺、Co²⁺可利用置换反应除去，同样是为了不能引入新的杂质，B应是锌粉；
故答案为：锌粉；
（4）生成ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O应是在加入碳酸氢铵与氨水后产生的，溶液中的硫酸锌与之反应生成的沉淀，所以化学方程式为3ZnSO₄+5NH₃?H₂O+NH₄HCO₃=ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O↓+3 （NH₄）₂SO₄； 该沉淀中还可能含有硫酸根离子，所以检验洗涤是否干净的方法就是检验硫酸根离子是否存在，具体操作为向最后一次的洗涤液中滴入1～2滴BaCl₂溶液，若无明显的现象，则沉淀已洗净，
故答案为：3ZnSO₄+5NH₃?H₂O+NH₄HCO₃=ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O↓+3 （NH₄）₂SO₄；向最后一次的洗涤液中滴入1～2滴BaCl₂ 溶液，若无明显的现象，则沉淀已洗净．

点评：本题考查对流程的分析，溶度积的计算，化学方程式、离子方程式的判断与书写，氧化还原反应的计算，洗涤操作的判断，题目难度中等．