Question

9．工業(yè)上利用鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物）制取金屬鋅的流程如圖所示．已知用惰性電極電解硫酸鋅溶液，金屬鋅可以沉積在陰極上，但電解一般不夠徹底．回答下列問題：

（1）酸浸時ZnFe₂O₄會生成兩種鹽，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O．
（2）凈化Ⅰ操作分為兩步：第一步是將溶液中少量的Fe²⁺氧化；第二步是控制溶液pH，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀．
①氧化Fe²⁺可選擇以下哪種試劑c．（填序號）
a．Fe₂O₃b．氯水    c．雙氧水    d．稀硫酸
②25℃時，將濃度均為0.1mol/L的Ni²⁺、Fe³⁺混合溶液PH調(diào)節(jié)為3（溶液體積變化忽略不計），充分反應(yīng)后兩者濃度比$\frac{c（F{e}^{3+}）}{c（N{i}^{2+}）}$=4.0×10^-10（已知25℃，K_sp[Fe（ OH）₃]=4.0×10^-38、K_sp[Ni（ OH）₂]=1.0×10^-17）．
③凈化Ⅰ生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)，溶液中的懸浮雜質(zhì)被共同沉淀的原因是Fe（OH）₃膠體（沉淀）具有吸附性．
（3）若沒有凈化Ⅱ操作，則對鋅的制備帶來的影響是制取的鋅含銅等雜質(zhì)．
（4）寫出電解發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式2ZnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂SO₄+2Zn+O₂↑．
（5）本流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)除鋅外還有H₂SO₄、ZnSO₄．

Answer 1

分析 將鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物）酸浸，發(fā)生反應(yīng)CaO+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O（硫酸鈣微溶于水），ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，NiO+2H⁺=Ni²⁺+H₂O，向溶液中加入雙氧水，發(fā)生反應(yīng)2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，調(diào)節(jié)溶液的pH將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，調(diào)節(jié)溶液pH時不能引進新的雜質(zhì)，可以用ZnO，然后向溶液中加入Zn，可以置換出銅和鎳，然后過濾，最后電解得到Zn，以此解答該題．

解答 解：（1）根據(jù)信息，酸浸時ZnFe₂O₄會生成兩種鹽，這兩種鹽分別為硫酸鋅、硫酸鐵，即ZnFe₂O₄與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅、硫酸鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O，
故答案為：ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
（2）①加入氧化劑將亞鐵離子氧化生成鐵離子，不能引入新裝置，應(yīng)加入H₂O₂，故答案為：c；
②PH調(diào)節(jié)為3，則c（OH^-）=10^-11mol/L，K_sp[Fe（ OH）₃]=4.0×10^-38、K_sp[Ni（ OH）₂]=1.0×10^-17，可知c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-11}）^{3}}$，c（Ni²⁺）=$\frac{1.0×1{0}^{-17}}{（1{0}^{-11}）^{2}}$，
則$\frac{c（F{e}^{3+}）}{c（N{i}^{2+}）}$=4.0×10^-10，
故答案為：4.0×10^-10；
③由于生成的Fe（OH）₃膠體（沉淀）具有吸附性，所以凈化Ⅰ生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)，故答案為：Fe（OH）₃膠體（沉淀）具有吸附性；
（3）由于鋅焙砂中含有CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物，反應(yīng)后溶液中存在銅離子，沒有凈化Ⅱ操作，電解制取的鋅中會含有銅等雜質(zhì)，
故答案為：制取的鋅含銅等雜質(zhì)；
（4）電解硫酸鋅溶液生成硫酸、鋅和氧氣，電解方程式為2ZnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂SO₄+2Zn+O₂↑，
故答案為：2ZnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂SO₄+2Zn+O₂↑；
（5）通過制取金屬鋅的流程圖示可以知道，可以循環(huán)利用的物質(zhì)除鋅外，含有硫酸、硫酸鋅，
故答案為：H₂SO₄、ZnSO₄．

點評 本題綜合考查物質(zhì)的制備以及分離，為高考常見題型，題目借助制取金屬鋅的流程考查了離子方程式、化學(xué)方程式的書寫等知識，注意合理分析題中信息，本題難度中等，充分考查了分析、理解能力．