Question

16．活性氧化鋅是一種多功能性的新型無機材料，其顆粒大小在1～100nm，利用某工業(yè)廢液（含有ZnO、FeO、FeO₂、CuO、MnO）制備超細(xì)活性氧化鋅的工藝流程如圖所示．

有關(guān)氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如表．

氫氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Al（OH）2	Zn（OH）2
開始沉淀時的pH	2.7	7.5	5.4	4.0	6.4
完全沉淀時的pH	3.7	9.5	6.6	5.2	8.0

回答下列問題：
（1）凈化1的目的之一是將Mn²⁺轉(zhuǎn)化為MnO₂而除去，此過程中（NH₄）₂SrO₂作氧化劑（填“氧化劑”會“還原劑”），已知該反應(yīng)中Sr${O}_{4}^{2-}$會轉(zhuǎn)化為${SO}_{4}^{2-}$，若反應(yīng)生成1molMnO₂，則會消耗1mol （NH₄）₂SrO₂．
（2）濾渣2的主要成分有兩種，分別為Fe（OH）₃和Al（OH）₃，濾液B的溶質(zhì)主要為Na₂SO₄．（填化學(xué)式）．
（3）凈化2應(yīng)調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是5.2～5.4，調(diào)節(jié)pH可選用的試劑為ad（填字母）．
a．ZnO   b．CaO    c．CaCO₃   d．ZnCO₃
（4）堿式碳酸鋅在煅燒前需要洗滌烘干，檢驗堿式碳酸鋅是否洗滌干凈的操作方法是取少許最后一次洗滌液于試管中，滴加硝酸鋇溶液，若無白色沉淀生成，則洗滌干凈，否則未洗滌干凈．
（5）煅燒堿式碳酸鋅【ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O】的化學(xué)方程式為ZnCO₃•2Zn（OH）•2H₂O$\frac{\underline{\;450～500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑．

Answer 1

分析 由利用某工業(yè)廢液（含有ZnO、FeO、FeO₂、CuO、MnO）制備超細(xì)活性氧化鋅的工藝流程如圖可知，用稀硫酸溶解含鋅廢料，并過濾除雜，得到濾液中含鋅離子，與加入的Na₂CO₃溶液反應(yīng)生成堿式碳酸鋅，最后焙解獲得活性氧化鋅．
（1）凈化1是利用（NH₄）₂S₂O₇將Mn²⁺氧化化為MnO₂而除去，此過程中（NH₄）₂S₂O₇中Sr從+7價降低為+6價，氧化Mn²⁺生成1molMnO₂需要轉(zhuǎn)移2mol電子，結(jié)合電子守恒可判斷反應(yīng)物（NH₄）₂S₂O₇消耗的物質(zhì)的量；
（2）經(jīng)過凈化1后濾液中只含有Fe³⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺，凈化2調(diào)節(jié)溶液pH的目的是為了促進(jìn)水解Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀，并通過過濾除去；凈化3用過量鋅是為了除去溶液里的Cu²⁺，過濾得到的濾液A中主要剩下Na⁺、SO₄^2-、Zn²⁺，滴加Na₂CO₃生成堿式碳酸鋅，過濾后濾液B中應(yīng)該主要是Na⁺、SO₄^2-；
（3）凈化2的目的是為了調(diào)節(jié)溶解的pH促進(jìn)溶液里Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀，同時防止Zn²⁺、Cu²⁺水解轉(zhuǎn)化為沉淀，可結(jié)合這四種離子完全沉淀時溶液的pH判斷控制范圍；調(diào)節(jié)pH可選用的試劑以不引入新的雜質(zhì)離子為宜；
（4）最初洗滌液里含有SO₄^2-，完全洗凈后洗滌液里則不再有SO₄^2-，可通過實驗檢驗是否存在SO₄^2-來證明洗滌是否干凈；
（5）在450℃左右高溫煅燒堿式碳酸鋅【ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O】得到的產(chǎn)物為ZnO、CO₂及水，可根據(jù)原子守恒書寫并配平化學(xué)方程式．

解答 解：由利用某工業(yè)廢液（含有ZnO、FeO、FeO₂、CuO、MnO）制備超細(xì)活性氧化鋅的工藝流程如圖可知，用稀硫酸溶解含鋅廢料，并過濾除雜，得到濾液中含鋅離子，與加入的Na₂CO₃溶液反應(yīng)生成堿式碳酸鋅，最后焙解獲得活性氧化鋅．
（1）凈化1過程中將Mn²⁺氧化化為MnO₂，可知（NH₄）₂S₂O₇為氧化劑，氧化Mn²⁺生成1molMnO₂需要轉(zhuǎn)移2mol電子，而S從+7價還原為+6價，消耗（NH₄）₂S₂O₇的物質(zhì)的量為$\frac{2mol}{2}$=1mol，故答案為：氧化劑；1；
（2）凈化2通過調(diào)節(jié)溶液pH使Fe³⁺、Al³⁺水解生成沉淀Fe（OH）₃、Al（OH）₃，過濾后的濾渣2的成分即為Fe（OH）₃、Al（OH）₃；濾液A中主要剩下Na⁺、SO₄^2-、Zn²⁺，則生成堿式碳酸鋅后濾液B中應(yīng)該主要是Na⁺、SO₄^2-，溶質(zhì)B的成分為Na₂SO₄，
故答案為：Fe（OH）₃；Al（OH）₃；Na₂SO₄；
（3）根據(jù)相關(guān)氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH表可知，當(dāng)溶液的PH為5.2～5.4時Fe³⁺、Al³⁺水解完全，而Cu²⁺及Zn²⁺尚未沉淀；根據(jù)除雜原則，選擇ZnO或ZnCO₃調(diào)節(jié)溶液pH，故答案為：5.2～5.4；ad；
（4）欲檢驗沉淀洗滌是否干凈，可取少許最后一次洗滌液于試管中，滴加硝酸鋇溶液，若無白色沉淀生成，則洗滌干凈，否則未洗滌干凈，故答案為：取少許最后一次洗滌液于試管中，滴加硝酸鋇溶液，若無白色沉淀生成，則洗滌干凈，否則未洗滌干凈；
（5“煅燒”反應(yīng)生成ZnO、二氧化碳和水，反應(yīng)為ZnCO₃•2Zn（OH）•2H₂O$\frac{\underline{\;450～500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑，故答案為：ZnCO₃•2Zn（OH）•2H₂O$\frac{\underline{\;450～500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑．

點評 本題考查學(xué)生對工藝流程的理解、閱讀獲取信息能力、對操作步驟的分析評價、物質(zhì)的分離提純、氧化還原反應(yīng)計算等，是對所學(xué)知識的綜合運用與能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)知識與綜合運用知識、信息進(jìn)行解決問題的能力，題目難度中等．