Question

活性氧化鋅是一種多功能性的新型無機(jī)材料，其顆粒大小約在1～100納米．濕化學(xué)法（NPP法）制備納米級活性氧化鋅，可用各種含鋅物料為原料，采用酸浸出鋅，經(jīng)過多次凈化除去原料中的雜質(zhì)，然后沉淀獲得堿式碳酸鋅，最后焙解獲得活性氧化鋅，化學(xué)工藝流程如圖．

（1）“溶解”后得到的酸性溶液中含有Zn²⁺、SO₄^2-，另含有Fe²⁺、Cu²⁺等雜質(zhì)．除雜過程中所加A物質(zhì)為

 

 （填“Na₂CO₃”或“H₂SO₄”），然后加入適量KMnO₄，F(xiàn)e²⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，同時(shí)KMnO₄轉(zhuǎn)化為MnO₂，該反應(yīng)的離子方程式為

 

．經(jīng)檢測溶液中Fe²⁺的濃度為0.009mol/L，則每升溶液中至少應(yīng)加入

 

 mol KMnO₄．
（2）已知溶液中雜質(zhì)Cu²⁺濃度為0.0002mol/L，常溫下Cu（OH）₂的溶度積常數(shù)K_sp=2.2×10^-20．請列式計(jì)算說明濾渣1中是否存在Cu（OH）₂

 

．濾液1中加Zn的作用是

 

．
（3）濾液2所加pH=12的Na₂CO₃溶液中c（CO₃^2-）=0.5mol/L，c（HCO₃^-）=0.01mol/L，則c（Na⁺）：c（OH^-）=

 

．
（4）“煅燒”堿式碳酸鋅[ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O]反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（5）檢驗(yàn)流程中濾液3中含有Na⁺的方法是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),金屬的回收與環(huán)境、資源保護(hù),物質(zhì)的分離、提純和除雜

專題：實(shí)驗(yàn)題

分析：由實(shí)驗(yàn)流程可知，含鋅物料為原料，采用硫酸浸出鋅，過濾除雜，得到濾液中含鋅離子，與加入的Na₂CO₃溶液反應(yīng)生成堿式碳酸鋅，最后焙解獲得活性氧化鋅，
（1）溶液呈酸性，加入碳酸鈉使其降低酸性，導(dǎo)致金屬陽離子生成沉淀析出；適量KMnO₄將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，據(jù)此書寫離子反應(yīng)方程式，由電子守恒計(jì)算；
（2）依據(jù)氫氧化銅溶度積常數(shù)計(jì)算即可；
（3）pH=12的Na₂CO₃溶液，n（Na）=2n（C），c（OH^-）=0.01mol/L；
（4）“煅燒”反應(yīng)生成ZnO、二氧化碳和水；
（5）Na的焰色為黃色，以此檢驗(yàn)．

解答： 解：（1）溶解后得到酸性溶液，要調(diào)節(jié)溶液的pH至5.4，需要升高pH，故應(yīng)加入Na₂CO₃，F(xiàn)e²⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，同時(shí)KMnO₄轉(zhuǎn)化為MnO₂，離子反應(yīng)方程式為：3Fe²⁺+MnO₄^-+7H₂O=MnO₂+3Fe（OH）₃+5H⁺，n（Fe²⁺）=0.009 mol，由電子得失守恒，則n（KMnO₄）=

0.009mol

(7-4)

=0.003 mol，
故答案為：Na₂CO₃；3Fe²⁺+MnO₄^-+7H₂O=MnO₂+3Fe（OH）₃+5H⁺；0.003；
（2）Cu²⁺濃度為0.0002mol?L^-1，此時(shí)pH值為5，故c（OH^-）=1.0×10^-9，故Q_c=0.0002×（1.0×10^-9）²＜2.2×10^-20，故此時(shí)不存在氫氧化銅，加入Zn，目的是除去銅離子，故答案為：0.0002×（1.0×10^-9）²＜2.2×10^-20，所以濾渣1中不含有Cu（OH）₂；除去銅離子；
（3）pH=12的Na₂CO₃溶液，由化學(xué)式可知，n（Na）=2n（C），則c（Na⁺）=2×0.51 mol/L=1.02 mol/L，c（OH^-）=0.01mol/L，所以c（Na⁺）：c（OH^-）=102：1，故答案為：102：1；
（4）“煅燒”反應(yīng)生成ZnO、二氧化碳和水，反應(yīng)為ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O

450℃-500℃  .

3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑，故答案為：ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O

450℃-500℃  .

3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑；
（5）Na的焰色為黃色，則檢驗(yàn)溶液中含有Na⁺，常用焰色反應(yīng)，故答案為：焰色反應(yīng)．

點(diǎn)評：本題考查學(xué)生對工藝流程的理解、閱讀獲取信息能力、對操作步驟的分析評價(jià)、物質(zhì)的分離提純、氧化還原反應(yīng)計(jì)算等，是對所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用與能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與綜合運(yùn)用知識(shí)、信息進(jìn)行解決問題的能力，題目難度中等．