Question

6．活性氧化鋅在橡膠、化工、涂料、陶瓷、醫(yī)藥、電子等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，下圖是以含鋅銅煙塵（火法煉銅的副產(chǎn)品，主要成分是ZnO、CuO和FeO）制備活性氧化鋅的工藝流程：

已知：含鋅銅煙塵經(jīng)過預(yù)處理后的主要成分是ZnO，還含有少量的CuO和Fe₂O₃．
（1）溶解池中待固體全部溶解后，加入鋅粉的作用有：
①將Fe³⁺還原為Fe²⁺；
②除去Cu²⁺；
③調(diào)節(jié)溶液的pH．
（2）檢驗(yàn)溶解池中Fe³⁺已全部被還原為Fe²⁺的實(shí)驗(yàn)方法是取樣，加入幾滴KSCN溶液，若溶液不出現(xiàn)紅色，則Fe³⁺已經(jīng)全部被還原．
（3）反應(yīng)池中的溫度控制在90～95℃，沉淀B為氫氧化物，反應(yīng)池中所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O═2Fe（OH）₃↓+4H⁺．
（4）沉淀池中得到的沉淀化學(xué)式可以表示為aZnCO₃•bZn（OH）₂•cH₂O（a、b、c均為整數(shù)）．某�；瘜W(xué)興趣小組的同學(xué)為了確定其組成，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：稱取3.59g沉淀進(jìn)行焙燒，將焙燒過程中產(chǎn)生的氣體依次通過足量的濃硫酸和堿石灰，它們分別增重0.72g和0.44g．通過計(jì)算確定該沉淀的組成．（寫出計(jì)算過程）

Answer 1

分析 含鋅銅煙塵主要成分是ZnO、CuO和FeO，含鋅銅煙塵經(jīng)過預(yù)處理后的主要成分是ZnO，還含有少量的CuO和Fe₂O₃，根據(jù)物質(zhì)成分差別知，預(yù)處理過程中FeO被氧化生成Fe₂O₃，向混合物中加入稀硫酸、鋅粉，發(fā)生反應(yīng)CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、CuSO₄+Zn=Cu+ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃+Zn=2FeSO₄+ZnSO₄，分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，所以操作a為過濾，濾渣A為Cu，向反應(yīng)池中加入雙氧水，反應(yīng)池中的溫度控制在90～95℃，反應(yīng)池中所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O═2Fe（OH）₃↓+4H⁺，然后過濾得到沉淀B為2Fe（OH）₃，向沉淀池中加入碳酸氫銨，得到aZnCO₃•bZn（OH）₂•cH₂O沉淀，然后過濾得到沉淀和濾液A，將沉淀焙燒得到ZnO；
將濾液A蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到硫酸銨晶體；
（1）溶解池中待固體全部溶解后，加入鋅粉的作用有：①將Fe³⁺還原為Fe²⁺；②置換出Cu；③調(diào)節(jié)溶液的pH；
（2）檢驗(yàn)鐵離子用KSCN溶液；
（3）根據(jù)分析寫出該反應(yīng)的離子方程式；
（4）濃硫酸吸收H₂O、堿石灰吸收CO₂，n（H₂O）=$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04mol、n（CO₂）=$\frac{0.44g}{44g/mol}$=0.01mol，剩余固體為ZnO，n（ZnO）=$\frac{3.59g-0.72g-0.44g}{81g/mol}$=0.03mol，根據(jù)原子守恒得（a+b）：a：（b+c）=0.03mol：0.01mol：0.04mol=3：1：4，則a：b：c=1：2：2，據(jù)此判斷其化學(xué)式．

解答 解：含鋅銅煙塵主要成分是ZnO、CuO和FeO，含鋅銅煙塵經(jīng)過預(yù)處理后的主要成分是ZnO，還含有少量的CuO和Fe₂O₃，根據(jù)物質(zhì)成分差別知，預(yù)處理過程中FeO被氧化生成Fe₂O₃，向混合物中加入稀硫酸、鋅粉，發(fā)生反應(yīng)CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、CuSO₄+Zn=Cu+ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃+Zn=2FeSO₄+ZnSO₄，分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，所以操作a為過濾，濾渣A為Cu，向反應(yīng)池中加入雙氧水，反應(yīng)池中的溫度控制在90～95℃，反應(yīng)池中所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O═2Fe（OH）₃↓+4H⁺，然后過濾得到沉淀B為2Fe（OH）₃，向沉淀池中加入碳酸氫銨，得到aZnCO₃•bZn（OH）₂•cH₂O沉淀，然后過濾得到沉淀和濾液A，將沉淀焙燒得到ZnO；將濾液A蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到硫酸銨晶體，
（1）Zn的活潑性大于Cu，所以Zn置換出Cu而除去Cu²⁺，
故答案為：除去Cu²⁺；
（2）鐵離子用KSCN檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)方法為：取樣，加入幾滴KSCN溶液，若溶液不出現(xiàn)紅色，則Fe³⁺已經(jīng)全部被還原，
故答案為：取樣，加入幾滴KSCN溶液，若溶液不出現(xiàn)紅色，則Fe³⁺已經(jīng)全部被還原；
（3）根據(jù)分析可知，反應(yīng)池中所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O═2Fe（OH）₃↓+4H⁺，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O═2Fe（OH）₃↓+4H⁺；
（4）濃硫酸吸收H₂O、堿石灰吸收CO₂，n（H₂O）=$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04mol、n（CO₂）=$\frac{0.44g}{44g/mol}$=0.01mol，剩余固體為ZnO，n（ZnO）=$\frac{3.59g-0.72g-0.44g}{81g/mol}$=0.03mol，根據(jù)原子守恒得（a+b）：a：（b+c）=0.03mol：0.01mol：0.04mol=3：1：4，則a：b：c=1：2：2，所以沉淀的組成為ZnCO₃•2Zn（OH）₂•2H₂O，
答：沉淀的組成為ZnCO₃•2Zn（OH）₂•2H₂O．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，題目難度中等，涉及基本操作、除雜、離子檢驗(yàn)、化學(xué)式的確定等知識點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計(jì)算能力，知道常見離子的檢驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論，難點(diǎn)是（4）題化學(xué)式的確定，利用原子守恒解答．