Question

3．氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療．純化工業(yè)級氧化鋅（含有Fe（Ⅱ），Mn（Ⅱ），Ni（Ⅱ）等雜質(zhì)）的流程如下：
工業(yè)ZnO$→_{①}^{稀H_{2}SO_{4}}$浸出液$→_{適量高錳酸鉀溶液②}^{調(diào)pH約為5}$$\stackrel{過濾}{→}$濾液$→_{③}^{Zn}$$\stackrel{過濾}{→}$濾液$→_{④}^{Na_{2}CO_{3}}$$\stackrel{過濾}{→}$濾餅$→_{⑤}^{煅燒}$ZnO
提示：在本實(shí)臉條件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化：高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO₂
回答下列問題：
（1）反應(yīng)②中除掉的雜質(zhì)離子是Fe²⁺和Mn²⁺，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O═MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺；3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；加高錳酸鉀溶液前，若pH較低，對除雜的影響是不會形成Fe（OH）₃和MnO₂沉淀．或無法除去Fe²⁺和Mn²⁺；
（2）反應(yīng)③的反應(yīng)類型為置換反應(yīng)．過濾得到的濾渣中，除了過量的鋅外還有Ni；
（3）反應(yīng)④形成的沉淀要用水洗，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液少量，滴入稀鹽酸，加入氯化鋇溶液，沒有白色沉淀生成，證明洗滌干凈．
（4）反應(yīng)④中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO₃•xZn（OH）₂．取干操后的濾餅11.2g，煅燒后可得到產(chǎn)品8.1g．則x等于1．

Answer 1

分析 純化工業(yè)級氧化鋅和稀硫酸反應(yīng)導(dǎo)致溶液中存在Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺，向浸出液中加入適量高錳酸鉀溶液并調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，Ni（Ⅱ）不能被氧化，F(xiàn)e²⁺、Mn²⁺被氧化而被除去，同時溶液中有MnO₂生成，過濾后，向濾液中加入Zn過濾，Zn和Ni²⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Ni，溶液中存在Zn²⁺，向濾液中加入碳酸鈉溶液，生成碳酸鋅沉淀，煅燒碳酸鋅沉淀生成ZnO，據(jù)此分析解答．

解答 解：純化工業(yè)級氧化鋅和稀硫酸反應(yīng)導(dǎo)致溶液中存在Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺，向浸出液中加入適量高錳酸鉀溶液并調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，Ni（Ⅱ）不能被氧化，F(xiàn)e²⁺、Mn²⁺被氧化而被除去，同時溶液中有MnO₂生成，過濾后，向濾液中加入Zn過濾，Zn和Ni²⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Ni，溶液中存在Zn²⁺，向濾液中加入碳酸鈉溶液，生成碳酸鋅沉淀，煅燒碳酸鋅沉淀生成ZnO，
（1）通過以上分析知，酸性高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，將Fe²⁺、Mn²⁺氧化生成鐵離子、MnO₂，Zn²⁺和Ni²⁺與酸性高錳酸鉀溶液不反應(yīng)，所以反應(yīng)②中除掉的雜質(zhì)離子是Fe²⁺和Mn²⁺，發(fā)生的離子反應(yīng)有MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O═MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺、3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，如果溶液的pH較低，溶液呈酸性，則不能生成Fe（OH）₃和MnO₂沉淀而導(dǎo)致無法除去Fe²⁺和Mn²⁺，
故答案為：Fe²⁺和Mn²⁺；MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O═MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺； 3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；不會形成Fe（OH）₃和MnO₂沉淀，或無法除去Fe²⁺和Mn²⁺；
（2）過濾后，向濾液中加入Zn過濾，Zn和Ni²⁺發(fā)生置換反應(yīng)生成Ni，Ni不溶于水，所以濾渣中含有Ni和Zn，
故答案為：置換反應(yīng)；Ni；
（3）如果沉淀洗滌不干凈，則洗滌液中含有硫酸根離子，硫酸根離子和鋇離子反應(yīng)生成硫酸鋇白色沉淀，其檢驗方法是：取最后一次洗滌液少量，滴入稀鹽酸，加入氯化鋇溶液，沒有白色沉淀生成，證明洗滌干凈，
故答案為：取最后一次洗滌液少量，滴入稀鹽酸，加入氯化鋇溶液，沒有白色沉淀生成，證明洗滌干凈；
（4）設(shè)ZnCO₃•xZn（OH）₂的物質(zhì)的量為ymol，ZnCO₃•xZn（OH）₂煅燒得到ZnO，則固體質(zhì)量減少的質(zhì)量為二氧化碳、水的質(zhì)量，n（ZnO）=$\frac{8.1g}{81g/mol}$=0.1mol，
根據(jù)固體質(zhì)量減少的質(zhì)量、ZnO的物質(zhì)的量列方程式為
44y+18xy=11.2-8.1
y+xy=0.1
解得 x=1
y=0.05
故答案為：1．

點(diǎn)評 本題考查混合物的分離和提純，側(cè)重考查學(xué)生分析問題、解答問題能力，明確流程圖中各個步驟發(fā)生的反應(yīng)及溶液中存在的微粒，知道常見離子的檢驗方法及實(shí)驗現(xiàn)象，題目難度中等．