Question

2．粗氧化鋅中含少量CuO、Fe₃O₄、SiO₂等雜質(zhì)，工業(yè)上以粗氧化鋅為原料生產(chǎn)硫酸鋅晶體（ZnSO₄•7H₂O）的工藝流程如所示

己知：常溫下溶液中Fe³⁺，Zn²⁺、Fe²⁺以氫氧化物形式完全沉淀的pH分別為3.7，6.5，9.7．
請回答下列問題：
（1）操作③的名稱是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥加入適量鋅粉的作用為使溶液中的Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺、除去Cu²⁺；
（2）加入30%H₂O₂反應(yīng)的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）加入適量Ca（OH）₂調(diào)節(jié)溶液pH，促進(jìn)Fe³⁺水解，Ca（OH）₂不能過量的原因是防止生成Zn（OH）₂
（4）已知：
H₂SO₄（aq）+Ba（OH）₂（aq）═BaSO₄（s）+2H₂O（l）△H₁=-1584.2kJ•mol
HCl（aq）+NaOH（aq）═NaCl（aq）+H₂O（l）△H₂=-55.6kJ•mol
則Ba²⁺與SO₄^2-生成BaSO₄沉淀的熱化學(xué)方程式為Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）═BaSO₄（s）△H=-1473kJ•mol^-1
（5）肼-H₂O₂燃料電池是一種堿性電池，該電池放電時(shí)的正極反應(yīng)為H₂O₂+2e^-=2OH^-
（6）粗氧化鋅中Zn元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.5%，處理a kg粗氧化鋅，中間過程氧化鋅的轉(zhuǎn)化率為b，
最終制得172.2kgZnS0₄•7H₂0，則流程中加入的Zn粉質(zhì)量為6.5×（6-5ab）kg．（ZnS0₄•7H₂0摩爾質(zhì)量287g/mol）

Answer 1

分析 粗氧化鋅中含少量CuO、Fe₃O₄、SiO₂等雜質(zhì)，加入硫酸，CuO、Fe₃O₄能夠反應(yīng)生成ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃，SiO₂不和硫酸反應(yīng)，加入鋅粉后，由于鋅粉具有還原性，能把三價(jià)鐵離子還原成二價(jià)鐵離子，同時(shí)把銅離子還原成銅單質(zhì)析出，再加入H₂O₂，H₂O₂有強(qiáng)氧化性，能氧化二價(jià)鐵離子為三價(jià)鐵離子，方便把鐵以氫氧化鐵的形式除去，最后得到的溶液為ZnSO₄溶液，據(jù)此解答．

解答 解：（1）粗氧化鋅中含少量CuO、Fe₃O₄、SiO₂等雜質(zhì)，加入硫酸，溶液中有銅離子、三價(jià)鐵離子和鋅離子等，加入鋅粉后銅被置換出來，加入雙氧水后溶液中只有硫酸鋅，從溶液中得到固體硫酸鋅需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作過程，粗氧化鋅中含少量CuO、Fe₃O₄、SiO₂等雜質(zhì)，加入硫酸，溶液中有銅離子、三價(jià)鐵離子和鋅離子等，鋅粉具有還原性，能把三價(jià)鐵離子還原成二價(jià)鐵離子，同時(shí)把銅離子還原成銅單質(zhì)析出；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；使溶液中的Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺、除去Cu²⁺；
（2）H₂O₂具有強(qiáng)氧化性，能氧化二價(jià)鐵離子為三價(jià)鐵離子，方便把鐵以氫氧化鐵的形式除去，發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）加入適量Ca（OH）₂調(diào)節(jié)溶液pH，是PH值小于6.5即可，若堿性過強(qiáng)，Zn（OH）₂也會沉淀，使得硫酸鋅晶體（ZnSO₄•7H₂O）量減少．
故答案為：防止生成Zn（OH）₂ ；
（4）已知：①2H⁺（aq）+2OH^-（aq）+Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）═BaSO₄（s）+2H₂O（l）△H=-1584.2kJ•mol^-1
②H⁺（aq）+OH^-（aq）═H₂O（l）△H₁=-55.6kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，則反應(yīng)Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）═BaSO₄（s）等于①-②×2，所以△H=-1584.2kJ•mol^-1-2×（-55.6kJ•mol^-1）=-1473 kJ•mol^-1，所以熱反應(yīng)方程式為Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）═BaSO₄（s）△H=-1473 kJ•mol^-1，
故答案為Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）═BaSO₄（s）△H=-1473 kJ•mol^-1；
（5）肼、H₂O₂堿性燃料電池中，肼所在電極為負(fù)極，正極上H₂O₂得電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：H₂O₂+2e^-=2OH^-，
故答案為：H₂O₂+2e^-=2OH^-；
（6）172.2kgZnS0₄•7H₂0中鋅元素的物質(zhì)的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{172.2kg}{287g/mol}$=600mol，氧化鋅中鋅的物質(zhì)的量n=$\frac{32500abg}{65g/mol}$=500abmol，根據(jù)鋅元素質(zhì)量守恒可知，流程中加入的Zn粉質(zhì)量為m=n×M=65g/mol×（600mol-500abmol）=65×（600-500ab）g=6.5×（6-5ab）kg，
故答案為：6.5×（6-5ab）．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)的分離和提純的方法和基本操作、熱化學(xué)方程式、電極反應(yīng)式、化學(xué)計(jì)算等，注意利用溶液中的Fe³⁺、Zn²⁺、Fe²⁺以氫氧化物形式完全沉淀的pH不同除去相應(yīng)的雜質(zhì)離子是提純中經(jīng)常使用的方法．