Question

2．由于金屬鋅本身的價值不高，在我國工業(yè)鋅廢料的回收利用率比較低．某課題組研究利用含少量銅、鐵的粗鋅制備硫酸鋅及相關物質的資源綜合利用，其工藝流程圖（圖中加入的物質均為足量）及有關數據如下：

物質	Fe（OH）3	Cu（OH）2	Zn（OH）2	CuS	ZnS
Ksp	4.0×10-38	5.0×10-20	2.0×10-16	8.5×10-45	1.2×10-23

請回答下列問題：
（1）固體A的主要成分是Fe（OH）₃；加入固體B的主要作用是將Cu²⁺（或銅）從溶液Ⅱ中分離出來．
（2）粗鋅中的銅與稀混酸溶液反應的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）若溶液II中c（Cu²⁺）為0.05mol•L^-1，則溶液II的pH≤5．
（4）若B是Zn，取8.320gC完全溶解于500mL 1mol•L^-1稀硝酸中，共收集到2240mL氣體，再向所得溶液中加入NaOH溶液至剛好生成沉淀最多，此時所得沉淀質量（m）的取值范圍是14.7～14.85g；若B是另一種物質，取部分C于試管中，加入鹽酸后產生了有臭雞蛋味氣體，則該反應的離子方程式為ZnS+2H⁺=Zn²⁺+H₂S↑．
（5）溶液III還可以與（NH₄）₂S溶液反應制備ZnS，實際生產中選用（NH₄）₂S溶液而不是Na₂S溶液作為反應物，是因為后者制得的ZnS中會含有較多的Zn（OH）₂雜質．

Answer 1

分析 利用含銅、鐵的粗鋅制備硫酸鋅：粗銅中銅、鐵和硫酸、硝酸反應，生成銅離子、鐵離子，根據K_sp可知，氫氧化銅比氫氧化鋅更難溶，向溶液中加入Zn（OH）₂，得到沉淀A為Fe（OH）₃，加入足量固體B，因B不同沉淀C成分不同，但濾液Ⅲ為硫酸鋅溶液，制備七水合硫酸鋅，防止結晶水失水，需冷卻結晶，過濾、洗滌、干燥，即得到較純凈的硫酸鋅晶體；
（1）根據以上分析解答；由分析可知要沉淀銅離子；
（2）Cu與硝酸反應生成硝酸銅和NO、水；
（3）根據溶度積常數計算溶液中的氫氧根離子濃度，再計算pH；
（4）若B是Zn，則固體C為Zn和Cu的混合物，由關系式Zn、Cu～2e^-～Zn²⁺、Cu²⁺～2OH^-～Cu（OH）₂、Zn（OH）₂可知，金屬離子的物質的量，進而求出沉淀質量；
（5）Na₂S在溶液中水解顯堿性．

解答 解：利用含銅、鐵的粗鋅制備硫酸鋅：粗銅中銅、鐵和硫酸、硝酸反應，生成銅離子、鐵離子，根據K_sp可知，氫氧化銅比氫氧化鋅更難溶，向溶液中加入Zn（OH）₂，得到沉淀A為Fe（OH）₃，加入足量固體B，因B不同沉淀C成分不同，但濾液Ⅲ為硫酸鋅溶液，制備七水合硫酸鋅，防止結晶水失水，需冷卻結晶，過濾、洗滌、干燥，即得到較純凈的硫酸鋅晶體，
（1）由以上分析可知固體A的主要成分是Fe（OH）₃，固體B可為氫氧化銅、氧化銅、硫化鋅或鋅等，用于除去溶液Ⅱ中的Cu²⁺，
故答案為：Fe（OH）₃；除去溶液Ⅱ中的Cu²⁺；
（2）粗鋅中的銅與稀混酸溶液反應的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）若溶液Ⅱ中c（Cu²⁺）為0.05mol•L^-1，由Ksp=5.0×10^-20可知，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{5×1{0}^{-20}}{0.05}}$mol/L=1.0×10^-9mol/L，則c（H⁺）=1.0×10^-5mol/L，
所以pH≤5，
故答案為：5；
（4）若B是Zn，則固體C為Zn和Cu的混合物，取8.320gC完全溶解于500mL1mol•L^-1稀硝酸中，共收集到2240mL氣體，即n（NO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，轉移0.3mol電子，由關系式Zn、Cu～2e^-～Zn²⁺、Cu²⁺～2OH^-～Cu（OH）₂、Zn（OH）₂可知，沉淀為0.15mol，若沉淀只有Cu（OH）₂，其質量為0.15mol×98g/mol=14.7，若沉淀只有Zn（OH）₂，其質量為0.15mol×99g/mol=14.85；若固體B是另一種物質，取部分固體C于試管中，加入足量的鹽酸，有臭雞蛋氣味的氣體產生，氣體為硫化氫，該實驗為制備硫酸鋅，則B應為ZnS，固體C中含有ZnS和CuS，和鹽酸反應生成硫化氫的物質為硫化鋅，反應為：ZnS+2H⁺=H₂S↑+Zn²⁺，
故答案為：14.7～14.85g；ZnS+2H⁺=H₂S↑+Zn²⁺；
（5）Na₂S在溶液中水解顯堿性，所以制得的ZnS中會含有較多的Zn（OH）₂；
故答案為：Zn（OH）₂．

點評 本題考查了利用含銅、鐵的粗鋅制備硫酸鋅的流程分析，側重于學生的分析、實驗和計算能力的考查，涉及氮的化合物、沉淀溶解平衡應用、氧化還原等知識，理清沉淀溶解平衡的有關計算是解本題關鍵，題目難度中等．