Question

3．活性氧化鋅常用作橡膠制品的硫化活性劑．工業(yè)上用粗氧化鋅（含少量CuO、FeO、MnO、Fe₂O₃等）生產(chǎn)活性氧化鋅，生產(chǎn)工藝流程如圖：

	Fe（OH）2	Fe（ OH）3	Cu（OH）2	Zn（OH）2	Mn（OH）2
開始沉淀的pH	7.5	2.2	5.2	6.4	8.6
沉淀完全的pH	9.0	3.2	6.7	8.0	10.1

根據(jù)上表提供的信息，回答下列問題：
（1）“廢渣1”的主要成分是Fe（ OH）₃．
（2）完成“反應器2”中反應之一的離子方程式：□MnO^-₄+□Mn²⁺+□2H₂O=□MnO₂↓+□H⁺
（3）蘸取“反應器2”中的溶液點在淀粉碘化鉀試紙上，如果觀察到試紙變藍，說明KMnO₄過量．
（4）“廢渣2”分離出的MnO₂可用于制取MnO，已知：
2MnO₂（s）+C（s）═2MnO（s）+CO₂（g）△H=-174.6kJ•mol^-1
C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H=+283.0kJ•mol^-1
試寫出MnO₂（s）與CO（g）反應制取MnO（s）的熱化學方程式：MnO₂（s）+CO（g）=MnO（s）+CO₂（g）△H=-228.8kJ/mol．
（5）“反應器3”中加入鋅粉的作用是調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中Cu²⁺．
（6）“反應器4”得到的廢液中，含有的主要離子除了Na⁺外，還有K⁺、SO₄^2-．
（7）從“反應器4”中經(jīng)過濾等操作得到堿式碳酸鋅．取堿式碳酸鋅3.41g，在400～450℃下加熱至恒重，得到ZnO 2.43g和標準狀況下CO₂　0.224L，堿式碳酸鋅的化學式ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O．

Answer 1

分析 粗氧化鋅加入稀硫酸溶解，過濾，得到溶液中含有硫酸鋅、硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸錳，加入氧化性調(diào)節(jié)溶液pH=4.5～5，鐵離子轉化為Fe（ OH）₃沉淀，過濾分離，再加入高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子為鐵離子，由（2）中反應器2中反應離子方程式，則錳離子被氧化MnO₂，過濾分離，濾液中加入Zn粉，置換出Cu，除去溶液中銅離子，過濾分離，濾液中主要含有硫酸鋅、硫酸鉀，加入碳酸鈉，由（7）酯得到堿式碳酸鋅，加熱分解生成活性氧化鋅．
（1）加入氧化性調(diào)節(jié)溶液pH=4.5～5，鐵離子轉化為Fe（ OH）₃沉淀；
（2）MnO₄^-中Mn元素由+7價降低為MnO₂中+4價，共降低3價，Mn²⁺中+2價升高為MnO₂中+4價，升高2價，化合價升降最小公倍數(shù)為6，則MnO₄^-的系數(shù)為2，Mn²⁺的系數(shù)為3，由原子守恒可知缺項為水，再結合原子守恒、電荷守恒配平；
（3）蘸取“反應器2”中的溶液點在淀粉碘化鉀試紙上，如果觀察到試紙變藍，說明KMnO₄過量；
（4）已知：①．2MnO₂（s）+C（s）═2MnO（s）+CO₂（g）△H=-174.6kJ•mol^-1
②．C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H=+283.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①-②）÷2可得：MnO₂（s）+CO（g）=MnO（s）+CO₂（g）；
（5）調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中Cu²⁺；
（6）“反應器4”得到的廢液中主要含有硫酸鉀、硫酸鈉；
（7）分解最終生成氧化鋅、二氧化碳與水，根據(jù)質量守恒計算生成水的質量，計算氧化鋅、二氧化碳、水的物質的量，再根據(jù)原子守恒計算堿式碳酸鋅中ZnCO₃、Zn（OH）₂、H₂O的物質的量之比確定組成．

解答 解：粗氧化鋅加入稀硫酸溶解，過濾，得到溶液中含有硫酸鋅、硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸錳，加入氧化性調(diào)節(jié)溶液pH=4.5～5，鐵離子轉化為Fe（ OH）₃沉淀，過濾分離，再加入高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子為鐵離子，由（2）中反應器2中反應離子方程式，則錳離子被氧化MnO₂，過濾分離，濾液中加入Zn粉，置換出Cu，除去溶液中銅離子，過濾分離，濾液中主要含有硫酸鋅、硫酸鉀，加入碳酸鈉，由（7）酯得到堿式碳酸鋅，加熱分解生成活性氧化鋅．
（1）加入氧化性調(diào)節(jié)溶液pH=4.5～5，鐵離子轉化為Fe（ OH）₃沉淀，
故答案為：Fe（ OH）₃；
（2）MnO₄^-中Mn元素由+7價降低為MnO₂中+4價，共降低3價，Mn²⁺中+2價升高為MnO₂中+4價，升高2價，化合價升降最小公倍數(shù)為6，則MnO₄^-的系數(shù)為2，Mn²⁺的系數(shù)為3，由原子守恒可知缺項為水，再結合原子守恒、電荷守恒配平，反應離子方程式為：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺，
故答案為：2；3；2H₂O；5；4
（3）蘸取“反應器2”中的溶液點在淀粉碘化鉀試紙上，如果觀察到試紙變藍，說明KMnO₄過量，
故答案為：淀粉碘化鉀；
（4）已知：①．2MnO₂（s）+C（s）═2MnO（s）+CO₂（g）△H=-174.6kJ•mol^-1
②．C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H=+283.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①-②）÷2可得：MnO₂（s）+CO（g）=MnO（s）+CO₂（g）△H=-228.8kJ/mol，
故答案為：MnO₂（s）+CO（g）=MnO（s）+CO₂（g）△H=-228.8kJ/mol；
（5）“反應器3”中加入鋅粉的作用是：調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中Cu²⁺，
故答案為：調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中Cu²⁺；
（6）“反應器4”得到的廢液中主要含有硫酸鉀、硫酸鈉，含有的主要離子除了Na⁺外，還有K⁺、SO₄^2-，
故答案為：K⁺、SO₄^2-；
（7）分解最終生成氧化鋅、二氧化碳與水，得到ZnO 2.43g，物質的量為$\frac{2.43g}{81g/mol}$=0.03mol，CO₂的物質的量為$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，質量為0.01mol×44g/mol=0.44g，故水的質量為3.41g-2.43g-0.44g=0.54g，水的物質的量為$\frac{0.54g}{18g/mol}$=0.03mol，
則n（ZnCO₃）=0.01mol，n[Zn（OH）₂]=0.03mol-0.01mol=0.02mol，n（H₂O）=0.03mol-0.02mol=0.01mol，
故n（ZnCO₃）：n[Zn（OH）₂]：n（H₂O）=0.01mol：0.02mol：0.01mol=1：2：1，
故堿式碳酸鋅的組成為ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，
故答案為：ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O．

點評 本題以工藝流程為載體，考查學生閱讀獲取信息能力、對操作步驟的分析評價、物質的分離提純、熱化學方程式書寫、氧化還原反應配平、物質組成的測定等，是對所學知識的綜合運用與能力的考查，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識、信息進行解決問題的能力．