Question

10．活性ZnO俗稱鋅1-3，能改進(jìn)玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，可用于生產(chǎn)特種玻璃，在橡膠的生產(chǎn)中能縮短硫化吋間，在涂料、油漆等工業(yè)也有重要應(yīng)用．工業(yè)上由粗ZnO（含F(xiàn)eO、CuO等．）制備活性ZnO，采取酸浸、凈化除雜、中和沉降、干燥煅燒等步驟，工藝流程如下：

（1）上述流程中，實(shí)驗(yàn)操作a是過濾（填實(shí)驗(yàn)操作名稱），物質(zhì)Y是下列中的AB（填序號(hào)）
A．ZnO B．ZnCO₃ C．Fe₂O₃ D．NaOH
（2）上述流程中多次進(jìn)行了過濾橾作，過濾時(shí)用到的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯
（3）該流程中，多次洗滌濾渣R后，證明已洗滌干凈，最簡(jiǎn)單的方法是取最后洗滌液中的上清液于試管中，然后加入氯化鋇溶液，如果不產(chǎn)生白色沉淀就說明已經(jīng)洗滌干凈
（4）已知Zn（OH）₂在水中同時(shí)存在兩種電離方式：Zn²⁺+2OH^-?Zn（OH）₂?ZnO₂^-+H⁺，寫出該固體與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O
（5）取堿式碳酸鋅水合物4.40g，溶于鹽酸中生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO₂224ml，恰好溶解時(shí)消耗氯化氫0.08摩爾，已知該碳酸鋅水合物中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.727%，試推出該堿式碳酸鋅水合物的化學(xué)式是Zn₄（OH）₆CO₃.8H₂O．

Answer 1

分析 將粗氧化鋅溶于過量稀硫酸中，發(fā)生的反應(yīng)為ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，然后過濾，將不溶性固體除去，向?yàn)V液中加入H₂O₂，發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為2Fe₂+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入Y調(diào)節(jié)溶液的pH，Y應(yīng)該能和H⁺反應(yīng)且不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，可以用ZnO或ZnCO₃；
將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，然后采用過濾方法得到Fe（OH）₃沉淀，向?yàn)V液中加入過量Zn粒，發(fā)生的離子方程式為Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，然后過濾，得到的濾渣中含有Zn和Cu，濾液中含有ZnSO₄，向?yàn)V液中加入NH₄HCO₃，發(fā)生雙水解反應(yīng)生成堿式碳酸鋅沉淀和硫酸銨溶液，過濾洗滌得到濾渣堿式碳酸鋅；將濾渣焙燒得到活性ZnO，
（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法；除雜時(shí)要除去雜質(zhì)且不能引進(jìn)新的雜質(zhì)；
（2）過濾時(shí)，根據(jù)各儀器的作用選取儀器；
（3）該流程中，濾渣R吸附的離子是硫酸根離子，用鹽酸酸化的氯化鋇離子檢驗(yàn)硫酸根離子，如果最后洗滌液中加入氯化鋇溶液后不產(chǎn)生沉淀即可；
（4）Zn（OH）₂在水中同時(shí)存在兩種電離方式：Zn²⁺+2OH^-?Zn（OH）₂?ZnO₂^-+H⁺，Zn（OH）₂與NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋅酸鈉和水；
（5）n（CO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，恰好溶解時(shí)消耗氯化氫0.08摩爾，根據(jù)關(guān)系式2HCl---Zn²⁺得n（Zn²⁺）=$\frac{1}{2}$n（HCl）=$\frac{1}{2}$×0.08mol=0.04mol，則Zn、C原子個(gè)數(shù)之比=0.04mol：0.01mol=4：1，
要使堿式碳酸鋅化合價(jià)的代數(shù)和為0，則OH^-個(gè)數(shù)應(yīng)該是6，堿式碳酸鋅為Zn₄（OH）₆CO₃，
水的物質(zhì)的量=$\frac{4.4g-0.01mol×（65×2+17×6+60）g/mol}{18g/mol}$=0.08mol，
據(jù)此確定化學(xué)式．

解答 解：將粗氧化鋅溶于過量稀硫酸中，發(fā)生的反應(yīng)為ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，然后過濾，將不溶性固體除去，向?yàn)V液中加入H₂O₂，發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為2Fe₂+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入Y調(diào)節(jié)溶液的pH，Y應(yīng)該能和H⁺反應(yīng)且不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，可以用ZnO或ZnCO₃；將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，然后采用過濾方法得到Fe（OH）₃沉淀，向?yàn)V液中加入過量Zn粒，發(fā)生的離子方程式為Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，然后過濾，得到的濾渣中含有Zn和Cu，濾液中含有ZnSO₄，向?yàn)V液中加入NH₄HCO₃，發(fā)生雙水解反應(yīng)生成堿式碳酸鋅沉淀和硫酸銨溶液，過濾洗滌得到濾渣堿式碳酸鋅；將濾渣焙燒得到活性ZnO，
（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，所以操作a為過濾；除雜時(shí)要除去雜質(zhì)且不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，ZnO、ZnCO₃和氫離子反應(yīng)生成鋅離子，且不引進(jìn)雜質(zhì)，提高溶液的pH，從而將鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，
故答案為：過濾；ab；
（2）過濾時(shí)，需要的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯，故答案為：漏斗、玻璃棒和燒杯；
（3）該流程中，濾渣R吸附的離子是硫酸根離子，用鹽酸酸化的氯化鋇離子檢驗(yàn)硫酸根離子，如果最后洗滌液中加入氯化鋇溶液后不產(chǎn)生沉淀就說明洗滌干凈，
故答案為：取最后洗滌液中的上清液于試管中，然后加入氯化鋇溶液，如果不產(chǎn)生白色沉淀就說明已經(jīng)洗滌干凈；
（4）Zn（OH）₂在水中同時(shí)存在兩種電離方式：Zn²⁺+2 OH^-?Zn（OH）₂?ZnO₂^2-+2H⁺，Zn（OH）₂與NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋅酸鈉和水，離子方程式為Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O，
故答案為：Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O；
（5）n（CO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，恰好溶解時(shí)消耗氯化氫0.08摩爾，根據(jù)關(guān)系式2HCl---Zn²⁺得n（Zn²⁺）=$\frac{1}{2}$n（HCl）=$\frac{1}{2}$×0.08mol=0.04mol，則Zn、C原子個(gè)數(shù)之比=0.04mol：0.01mol=4：1，
要使堿式碳酸鋅化合價(jià)的代數(shù)和為0，則OH^-個(gè)數(shù)應(yīng)該是6，堿式碳酸鋅為Zn₄（OH）₆CO₃，
水的物質(zhì)的量=$\frac{4.4g-0.01mol×（65×2+17×6+60）g/mol}{18g/mol}$=0.08mol，
據(jù)此確定化學(xué)式為Zn₄（OH）₆CO₃.8H₂O，
故答案為：Zn₄（OH）₆CO₃.8H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，涉及復(fù)雜化學(xué)式的確定、離子方程式的書寫、基本實(shí)驗(yàn)操作等知識(shí)點(diǎn)，明確流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及基本操作方法是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是（5）題計(jì)算，題目難度中等．