Question

9．某工廠排出的廢水中含有大量的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)除去污水中的金屬離子，并回收綠礬、皓礬（ZnSo₄•7H₂O）和貢的方案．
【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FeS+2H⁺═Fe²⁺+H₂S↑、ZnS+2H⁺═Zn²⁺+H₂S↑．
（2）步驟Ⅲ中抽濾的目的是加快過(guò)濾，該步驟產(chǎn)生Fe（OH）₃的離子方程式為4Fe²+O₂+8OH^-+2H₂O═4Fe（OH）₃↓．
（3）步驟VI中得到ZnSo₄溶液的離子方程式為ZnO₂^2-+4H⁺═Zn²⁺+2H₂O．
（4）欲實(shí)現(xiàn)步驟Ⅴ需加入的試劑有稀硫酸、鐵粉（過(guò)量），所涉及的主要操作依次為過(guò)濾、濃縮結(jié)晶．
（5）步驟Ⅳ常用的方法是加熱，該步驟是否對(duì)環(huán)境有影響？是（填是“是”或“否”）．如有影響，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)綠色環(huán)保方案來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟Ⅳ的反應(yīng)：在密閉容器中加熱HgS．
（6）該研究小組的同學(xué)在強(qiáng)堿溶液中，用次氯酸鈉與Fe（OH）₃反應(yīng)獲得了高效凈水劑Na₂FeO₄，該反應(yīng)的離子方程式為3ClO^-+2Fe（OH）₃+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

Answer 1

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(duì)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）抽濾時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，能加快過(guò)濾；向FeSO₄和ZnSO₄的混合溶液中加入過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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；
（6）反應(yīng)物有ClO^-、Fe（OH）₃、OH^-，生成物有Cl^-、FeO₄^2-、H₂O，則有ClO^-+Fe（OH）₃+OH^-→FeO₄^2-+Cl^-+H₂O，再將該離子方程式配平即可．

解答 解：（1）步驟Ⅱ中只有FeS和ZnS固體，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）抽濾時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，能加快過(guò)濾；向FeSO₄和ZnSO₄的混合溶液中加入過(guò)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：加快過(guò)濾；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，Na₂ZnO₂的性質(zhì)類似于NaAlO₂的，所以向Na₂ZnO₂的溶液中加入過(guò)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(guò)量的Fe粉反應(yīng)得到FeSO₄．經(jīng)過(guò)濾除去Fe粉，將濾液經(jīng)過(guò)濃縮結(jié)晶可得FeSO₄•7H₂O，
故答案為：稀硫酸；鐵粉（過(guò)量）；過(guò)濾、濃縮結(jié)晶；
（5）HgS在空氣中加熱可得Hg、SO₂，由于Hg蒸氣和SO₂都會(huì)對(duì)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：加熱；是；在密閉容器中加熱HgS；
（6）反應(yīng)物有ClO^-、Fe（OH）₃、OH^-，生成物有Cl^-、FeO₄^2-、H₂O，則有ClO^-+Fe（OH）₃+OH→FeO₄^2-+Cl-+H₂O，配平該離子方程式為3ClO^-+2Fe（OH）₃+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：3ClO^-+2Fe（OH）₃+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

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)．