Question

17．硫酸鋅被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)．工業(yè)上由氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）生產(chǎn)ZnSO₄•7H₂O的一種流程如圖：

（1）步驟Ⅰ的操作是過濾，濾渣A的主要成分是H₂SiO₃．
（2）步驟Ⅰ加入稀硫酸進(jìn)行酸浸時，需不斷通入高溫水蒸氣的目的是H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O．
（3）步驟Ⅱ中，在pH約為5.1的濾液中加入高錳酸鉀，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂兩種沉淀，該反應(yīng)的離子方程式為3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺．
（4）步驟Ⅲ中，加入鋅粉的作用是換出Cu，除去Cu²⁺．所得的濾液中含有的金屬陽離子有Zn²⁺、K⁺．
（5）已知硫酸鋅的溶解度與溫度之間的關(guān)系如下表：

溫度/℃	0	20	40	60	80	100
溶解度/g	41.8	54.1	70.4	74.8	67.2	60.5

從硫酸鋅溶液中獲得硫酸鋅晶體的實(shí)驗(yàn)操作為60℃條件下蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾．
烘干操作需在減壓低溫條件下進(jìn)行，原因是降低烘干的溫度，防止ZnSO₄•7H₂O分解．
（6）取28.70g ZnSO₄•7H₂O加熱至不同溫度，剩余固體的質(zhì)量變化如圖所示．

分析數(shù)據(jù)，680℃時所得固體的化學(xué)式為b．
a．ZnO         b．Zn₃O（SO₄）₂         c．ZnSO₄         d．ZnSO₄•H₂O．

Answer 1

分析 氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，過濾，濾液中含有硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵，再加高錳酸鉀溶液與亞鐵離子反應(yīng)生成MnO（OH）₂和氫氧化鐵沉淀，過濾，濾液中含有硫酸銅和硫酸鋅，加鋅粉置換銅離子，過濾，濾渣為Cu可能含有Zn，濾液為硫酸鋅和硫酸鉀，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到ZnSO₄•7H₂O晶體；
（1）分離固體和液體通常用過濾的方法，ZnSiO₃、與稀硫酸反應(yīng)生成硅酸不溶于水；
（2）用氫氧化鈉溶液清洗過濾裝置，目的是使反應(yīng)生成的H₂SiO₃濾渣反應(yīng)生成Na₂SiO₃溶解除去；
（3）高錳酸鉀與Fe²⁺反應(yīng)生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂；
（4）步驟Ⅲ：向?yàn)V液中加入鋅粉，置換出銅，濾液為硫酸鋅和硫酸鉀；
（5）從溶液中獲得晶體通常用蒸發(fā)濃縮、過濾結(jié)晶、過濾、洗滌、烘干等操作，由于ZnSO₄•7H₂O易分解，所以烘干操作需在減壓低溫條件下進(jìn)行；
（6）28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量為0.1mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO₄•H₂O或ZnSO₄或ZnO或Zn₃O（SO₄）₂時，物質(zhì)的量均為0.1mol，根據(jù)它們的質(zhì)量通過排除法確定．

解答 解：氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，過濾，濾液中含有硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵，再加高錳酸鉀溶液與亞鐵離子反應(yīng)生成MnO（OH）₂和氫氧化鐵沉淀，過濾，濾液中含有硫酸銅和硫酸鋅，加鋅粉置換銅離子，過濾，濾渣為Cu可能含有Zn，濾液為硫酸鋅和硫酸鉀，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到ZnSO₄•7H₂O晶體；
（1）分離固體和液體通常用過濾的方法，ZnSiO₃、與稀硫酸反應(yīng)生成硅酸不溶于水，
故答案為：過濾；H₂SiO₃；
（2）濾渣A為硅酸沉淀，用氫氧化鈉溶液清洗過濾裝置，目的是使反應(yīng)生成的H₂SiO₃濾渣與氫氧化鈉反應(yīng)生成Na₂SiO₃溶解除去，其發(fā)生的反應(yīng)為：H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O，故答案為：H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O；
（3）在pH約為5.1的濾液中加入高錳酸鉀，高錳酸鉀與Fe²⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂兩種沉淀，則反應(yīng)的離子方程式為：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺，
故答案為：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺；
（4）步驟Ⅲ：向?yàn)V液中加入鋅粉，置換出銅，濾液為硫酸鋅和硫酸鉀，所以濾液中含有的金屬陽離子有Zn²⁺、K⁺，
故答案為：置換出Cu，除去Cu²⁺；Zn²⁺、K⁺；
（5）從溶液中獲得晶體通常用蒸發(fā)濃縮、過濾結(jié)晶、過濾、洗滌、烘干等操作，由于ZnSO₄•7H₂O易分解，所以烘干操作需在減壓低溫條件下進(jìn)行，
故答案為：60℃條件下蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶；降低烘干的溫度，防止ZnSO₄•7H₂O分解；
（6）28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量為0.1mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO₄•H₂O或ZnSO₄或ZnO或Zn₃O（SO₄）₂時，物質(zhì)的量均為0.1mol，
若得ZnSO₄•H₂O的質(zhì)量為17.90g（100℃）；
若得ZnSO₄的質(zhì)量為16.10g（250℃）；
若得ZnO的質(zhì)量為8.10g（930℃）；
據(jù)此通過排除法確定680℃時所得固體的化學(xué)式為Zn₃O（SO₄）₂；
故答案為：b．

點(diǎn)評 本題以ZnSO₄•7H₂O的制備為知識背景，考查了基本實(shí)驗(yàn)操作、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、化學(xué)方程式的書寫、計(jì)算等知識，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>