Question

某工廠排出的污水中含有大量的Fe²⁺、Zn²⁺、Hg²⁺三種金屬離子．以下是某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)的除去污水中的金屬離子，回收綠礬、皓礬（ZnSO₄?7H₂O）和汞的方案．
[藥品]NaOH溶液、硫化鈉溶液、硫化亞鐵、稀硫酸、鐵粉
[實(shí)驗(yàn)方案]

[問題探究]
（1）步驟Ⅱ所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

、

 

．
（2）步驟Ⅲ中的抽濾為減壓條件下的過濾，可以加快過濾速度；該步驟涉及反應(yīng)的離子方程式有Zn²⁺+4OH^-═Zn

O

2- 2

+2H₂O和

 

．
（3）步驟Ⅵ中得到硫酸鋅溶液的離子反應(yīng)方程式為

 

．
（4）欲實(shí)現(xiàn)步驟Ⅴ，所需加入的試劑有

 

、

 

，所涉及的主要操作依次為

 

．
（5）步驟Ⅳ常用的方法是加熱，該步驟是否對環(huán)境有影響？

 

（填“是”或“否”），如有影響，請你設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)境保護(hù)方案來實(shí)現(xiàn)步驟Ⅳ的反應(yīng)

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：污水中含有大量的Fe²⁺、Zn²⁺、Hg²⁺三種金屬離子，加入硫化鈉生成FeS、ZnS、HgS沉淀；向沉淀中加入硫酸，F(xiàn)eS、ZnS固體溶解在稀硫酸中生成FeSO₄、ZnSO₄，硫化汞不反應(yīng)；HgS在空氣中加熱可得Hg、SO₂，由于Hg蒸氣和SO₂都會(huì)對環(huán)境造成污染，在密閉容器中加熱HgS可有效防止Hg蒸氣和SO₂釋放到大氣中；FeSO₄和氫氧化鈉反應(yīng)生成Fe（OH）₂，F(xiàn)e（OH）₂迅速被空氣中的O₂氧化為Fe（OH）₃，F(xiàn)e（OH）₃溶于硫酸得到硫酸鐵，用鐵還原得到硫酸亞鐵；ZnSO₄和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化鋅沉淀，Zn（OH）₂的性質(zhì)類似于Al（OH）₃的性質(zhì)，會(huì)繼續(xù)和氫氧化鈉反應(yīng)生成Na₂ZnO₂，Na₂ZnO₂的性質(zhì)類似于NaAlO₂的性質(zhì)，和硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅．
（1）步驟Ⅱ中只有FeS、ZnS固體溶解在稀硫酸中生成FeSO₄、ZnSO₄；
（2）向FeSO₄和ZnSO₄的混合溶液中加入過量NaOH時(shí)，F(xiàn)e²⁺與OH^-反應(yīng)生成Fe（OH）₂，F(xiàn)e（OH）₂迅速被空氣中的O₂氧化為Fe（OH）₃；
（3）根據(jù)框圖轉(zhuǎn)化關(guān)系，不難發(fā)現(xiàn)Zn（OH）₂的性質(zhì)類似于Al（OH）₃的，Na₂ZnO₂的性質(zhì)類似于NaAlO₂的，所以向Na₂ZnO₂的溶液中加入過量H₂SO₄生成ZnSO₄溶液；
（4）Fe（OH）₃首先與稀H₂SO₄反應(yīng)生成Fe₂（SO₄）₃，F(xiàn)e₂（SO₄）₃再與過量的Fe粉反應(yīng)得到FeSO₄；
（5）HgS在空氣中加熱可得Hg、SO₂，由于Hg蒸氣和SO₂都會(huì)對環(huán)境造成污染，在密閉容器中加熱HgS可有效防止Hg蒸氣和SO₂釋放到大氣中．

解答： 解：（1）經(jīng)步驟Ⅰ得FeS、ZnS、HgS沉淀，加入硫酸只有FeS和ZnS固體溶解，F(xiàn)eS固體溶解在稀硫酸中生成FeSO₄，反應(yīng)方程式為FeS+2H⁺═Fe²⁺+H₂S↑，ZnS固體溶解在稀硫酸中生成ZnSO₄，反應(yīng)方程式為ZnS+2H⁺═Zn²⁺+H₂S↑，
故答案為：FeS+2H⁺═Fe²⁺+H₂S↑、ZnS+2H⁺═Zn²⁺+H₂S↑；
（2）向FeSO₄和ZnSO₄的混合溶液中加入過量NaOH時(shí)，F(xiàn)e²⁺與OH^-反應(yīng)生成Fe（OH）₂，F(xiàn)e（OH）₂迅速被空氣中的O₂氧化為Fe（OH）₃，
其反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+8OH-+2H₂O═4Fe（OH）₃↓；故答案為：4Fe²+O₂+8OH^-+2H₂O═4Fe（OH）₃↓；
（3）根據(jù)框圖轉(zhuǎn)化關(guān)系，不難發(fā)現(xiàn)Zn（OH）₂的性質(zhì)類似于Al（OH）₃的性質(zhì)，Na₂ZnO₂的性質(zhì)類似于NaAlO₂的性質(zhì)，所以向Na₂ZnO₂的溶液中加入過量H₂SO₄生成ZnSO₄溶液，其反應(yīng)的離子方程式為ZnO₂^2-+4H⁺═Zn²⁺+2H₂O，故答案為：ZnO₂^2-+4H⁺═Zn²⁺+2H₂O；
（4）Fe（OH）₃首先與稀H₂SO₄反應(yīng)生成Fe₂（SO₄）₃，F(xiàn)e₂（SO₄）₃再與過量的Fe粉反應(yīng)得到FeSO₄．經(jīng)過濾除去Fe粉，將濾液經(jīng)過濃縮結(jié)晶、過濾可得FeSO₄?7H₂O，
故答案為：稀硫酸；鐵粉（過量）；過濾、濃縮結(jié)晶、過濾；
（5）HgS在空氣中加熱可得Hg、SO₂，由于Hg蒸氣和SO₂都會(huì)對環(huán)境造成污染，在密閉容器中加熱HgS可有效防止Hg蒸氣和SO₂釋放到大氣中，從而保護(hù)了環(huán)境，
故答案為：是；在密閉容器中加熱HgS．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道關(guān)于元素和化合物知識(shí)綜合考查題，考查學(xué)生分析問題能力和解決問題的能力，綜合性強(qiáng)，難度大．注意鋅的化合物的性質(zhì)可類比鋁的化合物的性質(zhì)．