Question

6．硫酸鋅可作為食品鋅強(qiáng)化劑的原料．工業(yè)上常用菱鋅礦生產(chǎn)硫酸鋅，菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，并含少量的Fe₂O₃、FeCO₃MgO、CaO等，生產(chǎn)工藝流程圖如下：

（1）將菱鋅礦研磨成粉的目的是增大反應(yīng)物接觸面積或增大反應(yīng)速率或使反應(yīng)更充分．
（2）完成“氧化除鐵”步驟中反應(yīng)的離子方程式：
□Fe（OH）₂+□1ClO^-+□1H₂O═□Fe（OH）₃+□CI^-
 （3）針鐵礦（Goethite）是以德國(guó)詩(shī)人歌德（Goethe）名字命名的，組成元素是Fe、O和H，摩爾質(zhì)量為89g．mol^-1，化學(xué)式是FeO（OH）．以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時(shí)針鐵礦轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₂，該電池放電反應(yīng)的化學(xué)方程式是3FeO（OH）+Al+NaOH+H₂O=NaAlO₂+3Fe（OH）₂
（4）根據(jù)下表數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)“濾液2”的pH時(shí)，理論上可選用的最大區(qū)間為8.0≤pH＜10.4_．

沉淀化學(xué)式	Mg（OH）2	Zn（OH）2	MgCO3	CaCO3
開(kāi)始沉淀的pH	10.4	6.4	-	-
沉淀完全的pH	12.4	8.0	-	-
開(kāi)始溶解的pH	-	10.5	-	-
Ksp	5.6×10-12	-	6.8×10-6	2.8×10-9

（5）工業(yè)上從“濾液3”制取MgO過(guò)程中，合適的反應(yīng)物是bd（選填序號(hào)）．
a．大理石粉       b．石灰乳       c．純堿溶液        d．氨水
（6）“濾液4”之后的操作依次為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾，洗滌，干燥．
（7）分析圖中數(shù)據(jù)，菱鋅礦粉中ZnCO₃ 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于$\frac{125{m}_{2}}{81{m}_{1}}$×100%（用代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，并含少量的Fe₂O₃、FeCO₃、MgO、CaO等，加入過(guò)量濃鹽酸溶解，過(guò)濾除去不溶物，濾液中含有氯化鋅、氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鎂、氯化鈣及為反應(yīng)的HCl，加入漂白粉將二價(jià)鐵氧化為三價(jià)鐵，調(diào)節(jié)pH得到氫氧化鐵沉淀，過(guò)濾分離后，再調(diào)節(jié)濾液pH得到Zn（OH）₂沉淀，且不能生成Mg（OH）₂．氫氧化鋅用硫酸溶解，用Zn粉除去過(guò)量的硫酸，將溶液蒸發(fā)、結(jié)晶、過(guò)濾后洗滌并干燥得到晶體．
（1）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素回答，固體表面積越大，反應(yīng)速率越大；
（2）根據(jù)所加入物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律配平化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)化學(xué)式量為89，組成元素是Fe、O、H，其中鐵的相對(duì)原子量為56，扣掉56剩下33，化學(xué)式中只能含有2個(gè)氧原子和1個(gè)氫原子，來(lái)判斷可能的組成；放電時(shí)NiO（OH）轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂，同時(shí)鋁被氧化，因電解液呈堿性，則生成偏鋁酸鈉；
（4）調(diào)節(jié)濾液2的PH要想生成Zn（OH）₂沉淀而不生成Mg（OH）₂，必須知道Mg（OH）₂開(kāi)始沉淀時(shí)的pH、Zn（OH）₂開(kāi)始沉淀時(shí)的pH，Mg（OH）₂沉淀完全時(shí)的pH、Zn（OH）₂沉淀完全時(shí)的pH；
（5）從“濾液3”制取MgO過(guò)程中，應(yīng)先生成Mg（OH）₂；
（6）根據(jù)從溶液中制得干燥純凈的固體一般有蒸發(fā)、結(jié)晶、過(guò)濾后洗滌并干燥等操作來(lái)回答；
（7）利用關(guān)系式法來(lái)計(jì)算質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）將菱鋅礦研磨成粉可以增加反應(yīng)時(shí)的接觸面積，使得反應(yīng)更加充分，
故答案為：增大反應(yīng)物接觸面積或增大反應(yīng)速率或使反應(yīng)更充分；
（2）流程中“氧化除鐵”是加入漂白粉，方程式后面產(chǎn)物中又有氯離子，可知氧化劑是ClO^-，觀察方程式前后可以推出還要加入水分子，配平書(shū)寫(xiě)得到離子方程式為：2Fe（OH）₂+ClO^-+H₂O═2Fe（OH）₃+Cl^-，
故答案為：2，1ClO^-，1H₂O，2，1；
（3）化學(xué)式量為89，組成元素是Fe、O、H，其中鐵的相對(duì)原子量為56，扣掉56剩下33，化學(xué)式中只能含有2個(gè)氧原子和1個(gè)氫原子，所以可能的組成為FeO（OH），放電時(shí)NiO（OH）轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂，同時(shí)鋁被氧化，因電解液呈堿性，則生成偏鋁酸鈉，反應(yīng)的總方程式為Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O═NaAlO₂+3Ni（OH）₂，
故答案為：FeO（OH）；Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O═NaAlO₂+3Ni（OH）₂．
（4）調(diào)節(jié)濾液2的PH要想生成Zn（OH）₂沉淀而不生成Mg（OH）₂，必須知道Mg（OH）₂開(kāi)始沉淀時(shí)的pH、Zn（OH）₂開(kāi)始沉淀時(shí)的pH，Mg（OH）₂沉淀完全時(shí)的pH、Zn（OH）₂沉淀完全時(shí)的pH，pH應(yīng)介于8.0≤pH＜10.4，
故答案為：8.0≤pH＜10.4；
（5）從“濾液3”制取MgO過(guò)程中，應(yīng)先生成Mg（OH）₂，溶液堿性應(yīng)較強(qiáng)，bd符合，而純堿溶液水解呈堿性，堿性較弱，故答案為：bd；
（6）“濾液4”之后的操作目的是得到純凈的固體，應(yīng)將溶液蒸發(fā)、結(jié)晶、過(guò)濾后洗滌并干燥，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（7）設(shè)碳酸鋅的質(zhì)量為m，利用關(guān)系式法計(jì)算：
ZnCO₃----ZnO
125      81
m         m₂
ZnCO₃ 的質(zhì)量為m=$\frac{125{m}_{2}}{81}$，
ZnCO₃ 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{125{m}_{2}}{81{m}_{1}}$×100%，
故答案為：$\frac{125{m}_{2}}{81{m}_{1}}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題是流行的化工工藝流程題，主要依據(jù)流程圖中涉及的化學(xué)知識(shí)、化學(xué)原理來(lái)設(shè)計(jì)問(wèn)題．能夠?qū)��?shí)際問(wèn)題分解，通過(guò)運(yùn)用相關(guān)知識(shí)，采用分析、綜合的方法，解決簡(jiǎn)單化學(xué)問(wèn)題，主要是物質(zhì)分離提純的過(guò)程分析判斷，題目難度中等．