Question

5．高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素．從煙塵中提取硫酸鋅，可以變廢為寶，減少其對(duì)環(huán)境的危害．下圖是用高爐煙塵制取硫酸鋅的工業(yè)流程．

已知：
①20℃時(shí)，0.1mol．L^-1的金屬離子沉淀時(shí)的pH

pH	Fe3+	Zn2+	Mn2+	Cu2+
開(kāi)始沉淀	1.9	6.0	8.1	4.7
沉淀完全	3.7	8.0	10.1	6.7
沉淀溶解	不溶解	10.5	不溶解	/

②過(guò)二硫酸銨是一種強(qiáng)氧化劑．
③ZnSO₄+4NH₃=[Zn（NH₃）₄]SO₄，[Zn（NH₃）₄]SO₄易溶于水．
回答下列問(wèn)題：
（1）為提高煙塵中金屬離子的浸出率，除了適度增加硫酸濃度外，還可以采取什么措施？
（舉出1種）增大硫酸濃度或升高溫度或邊加硫酸邊攪攔或增加浸出時(shí)間等．
（2）上述流程測(cè)得溶液pH=5.0，此處可以選擇的測(cè)量?jī)x器是pH計(jì)（或者酸度計(jì)或試紙）．
（3）加入MnO₂的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺．
（4）寫出過(guò)二硫酸銨把硫酸錳（MnSO₄）氧化的化學(xué)方程式MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄．
（5）寫出還原過(guò)程發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu．
（6）操作甲中為使鋅離子完全沉淀，添加的最佳試劑是C．
A鋅粉    B氨水    C（ NH₄）₂CO₃    D NaOH
（7）若pH=5.0時(shí)，溶液中的Cu²⁺尚未開(kāi)始沉淀，求溶液中允許的Cu²⁺濃度的最大值．

Answer 1

分析 高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素，用硫酸酸浸，過(guò)濾得到濾液中含有鋅離子、亞鐵離子、銅離子等，用二氧化錳氧化亞鐵離子生成鐵離子，再加氨水調(diào)節(jié)pH值使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過(guò)濾除去，用過(guò)二硫酸銨除去錳離子，再加入足量的鋅除去銅離子，得到硫酸銨、硫酸鋅的混合溶液，在溶液中加足量的（ NH₄）₂CO₃ 使鋅離子完全沉淀，過(guò)濾分離后用硫酸溶解得到硫酸鋅，
（1）提高浸出率可從濃度、溫度、攪拌等影響化學(xué)反應(yīng)速率的角度解答；
（2）測(cè)量溶液pH可以用pH計(jì)（或者酸度計(jì)或試紙）；
（3）加入MnO₂可以將亞鐵離子氧化成鐵離子；
（4）根據(jù)電子得失守恒和元素守恒書(shū)寫過(guò)二硫酸銨和硫酸錳反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（5）還原過(guò)程中鋅置換出銅；
（6）使鋅離子完全沉淀，要調(diào)節(jié)溶液的pH值且要不引入新的雜質(zhì)；
（7）根據(jù)0.1mol．L^-1Cu²⁺開(kāi)始沉淀時(shí)，pH=4.7，可計(jì)算出Ksp[Cu（OH）₂]，根據(jù)Ksp可計(jì)算出pH=5.0時(shí)，溶液中的Cu²⁺濃度的最大值．

解答 解：高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素，用硫酸酸浸，過(guò)濾得到濾液中含有鋅離子、亞鐵離子、銅離子等，用二氧化錳氧化亞鐵離子生成鐵離子，再加氨水調(diào)節(jié)pH值使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過(guò)濾除去，用過(guò)二硫酸銨除去錳離子，再加入足量的鋅除去銅離子，得到硫酸銨、硫酸鋅的混合溶液，在溶液中加足量的（ NH₄）₂CO₃ 使鋅離子完全沉淀，過(guò)濾分離后用硫酸溶解得到硫酸鋅，
（1）要提高浸出率，可增大硫酸濃度、升高溫度、邊加硫酸邊攪攔、增加浸出時(shí)間等，
故答案為：增大硫酸濃度或升高溫度或邊加硫酸邊攪攔或增加浸出時(shí)間等；
（2）測(cè)量溶液pH可以用pH計(jì)（或者酸度計(jì)或試紙），
故答案為：pH計(jì)（或者酸度計(jì)或試紙）；
（3）加入MnO₂可以將亞鐵離子氧化成鐵離子，便于除去鐵元素，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
（4）過(guò)二硫酸銨和硫酸錳反應(yīng)生成二氧化錳、硫酸銨、硫酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄，
故答案為：MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄；
（5）還原過(guò)程中鋅置換出銅，反應(yīng)的離子方程式為Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu，
故答案為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
（6）由于在前面的步驟中已經(jīng)加過(guò)鋅，所以鋅不能使鋅離子完全沉淀，氨水與鋅離子形成配合離子溶于水，氫氧化鈉會(huì)引入新雜質(zhì)，所以要使鋅離子完全沉淀，只能用碳酸銨，故選C，
故答案為：C；
（7）根據(jù)0.1mol．L^-1Cu²⁺開(kāi)始沉淀時(shí)，pH=4.7，可知Ksp[Cu（OH）₂]=0.1×（10^-9.3）=10^-19.6，根據(jù)Ksp可知pH=5.0時(shí)，所以溶液中的Cu²⁺濃度的最大值為$\frac{1{0}^{-19.6}}{（1{0}^{-9}）^{2}}$mol/L=10^-1.6mol/L，
答：溶液中允許的Cu²⁺濃度的最大值為10^-1.6mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法和流程分析判斷，為高考常見(jiàn)題型，掌握物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)操作流程是解題關(guān)鍵，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用能力．