Question

11．硫酸鋅可作為食品鋅強化劑的原料．工業(yè)上常用菱鋅礦生產(chǎn)硫酸鋅，菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，并含少量的Fe₂O₃、FeCO₃、MgO、CaO等，生產(chǎn)工藝流程示意如下：

（1）將菱鋅礦研磨成粉的目的是增大反應(yīng)物接觸面積，使反應(yīng)更加充分．
（2）針鐵礦（Goethite）是以德國詩人歌德（Goethe）名字命名的，組成元素是Fe、O和H，化學(xué)式量為89，化學(xué)式是FeO（OH）．
（3）根據(jù)下表數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)“濾液2”的pH時，理論上可選用的最大區(qū)間為8.0≤pH＜10.4．

	Mg（OH）2	Zn（OH）2	MgCO3	CaCO3
開始沉淀的pH	10.4	6.4	-	-
沉淀完全的pH	12.4	8.0	-	-
開始溶解的pH	-	10.5	-	-

（4）工業(yè)上從“濾液3”制取MgO過程中，最合適的反應(yīng)物是B（選填序號）．
A、大理石粉     B、石灰乳      C、純堿溶液        D、燒堿溶液
“濾液4”之后的操作依次為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，洗滌，干燥．
（5）分析圖中數(shù)據(jù)，菱鋅礦粉中ZnCO₃ 的質(zhì)量分數(shù)不低于$\frac{125{m}_{2}}{{m}_{1}}$．

Answer 1

分析 菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，并含少量的Fe₂O₃、FeCO₃、MgO、CaO等，加入過量濃鹽酸溶解，過濾除去不溶物，濾液中含有氯化鋅、氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鎂、氯化鈣及為反應(yīng)的HCl，加入漂白粉將二價鐵氧化為三價鐵，調(diào)節(jié)pH得到氫氧化鐵沉淀，過濾分離后，再調(diào)節(jié)濾液pH得到Zn（OH）₂沉淀，且不能生成Mg（OH）₂．氫氧化鋅用硫酸溶解，用Zn粉除去過量的硫酸，將溶液蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾后洗滌并干燥得到晶體．
（1）增大反應(yīng)物接觸面積，充分反應(yīng)；
（2）組成元素是Fe、O、H，化學(xué)式量為89，其中鐵的相對原子量為56，化學(xué)式中只能含有1個Fe原子、2個氧原子和1個氫原子；
（3）調(diào)節(jié)濾液pH得到Zn（OH）₂沉淀，且不能生成Mg（OH）₂；
（4）從“濾液3”制取MgO過程中，應(yīng)先轉(zhuǎn)化為Mg（OH）₂，使用石灰乳最經(jīng)濟；
從溶液中獲得干燥純凈的晶體一般有蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作；
（5）根據(jù)沉淀2中ZnO的質(zhì)量利用關(guān)系式ZnCO₃～ZnO計算菱鋅礦粉中ZnCO₃ 的質(zhì)量，可得菱鋅礦粉中ZnCO₃ 的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，并含少量的Fe₂O₃、FeCO₃、MgO、CaO等，加入過量濃鹽酸溶解，過濾除去不溶物，濾液中含有氯化鋅、氯化鐵、氯化亞鐵、氯化鎂、氯化鈣及為反應(yīng)的HCl，加入漂白粉將二價鐵氧化為三價鐵，調(diào)節(jié)pH得到氫氧化鐵沉淀，過濾分離后，再調(diào)節(jié)濾液pH得到Zn（OH）₂沉淀，且不能生成Mg（OH）₂．氫氧化鋅用硫酸溶解，用Zn粉除去過量的硫酸，將溶液蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾后洗滌并干燥得到晶體．
（1）將菱鋅礦研磨成粉，增大反應(yīng)物接觸面積，充分反應(yīng)，提高浸取效率，
故答案為：增大反應(yīng)物接觸面積，使反應(yīng)更加充分；
（2）組成元素是Fe、O、H，化學(xué)式量為89，其中鐵的相對原子量為56，化學(xué)式中只能含有1個Fe原子、2個氧原子和1個氫原子，所以可能的組成為FeO（OH），
故答案為：FeO（OH）；
（3）調(diào)節(jié)濾液2的pH得到Zn（OH）₂沉淀而不生成Mg（OH）₂，由Mg（OH）₂開始沉淀時的pH、Zn（OH）₂沉淀完全時的pH，pH應(yīng)介于8.0≤pH＜10.4，
故答案為：8.0≤pH＜10.4；
（4）從“濾液3”制取MgO過程中，應(yīng)先轉(zhuǎn)化為Mg（OH）₂，使用石灰乳最經(jīng)濟，
“濾液4”之后的操作目的是得到純凈的固體，應(yīng)將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌并干燥，
故答案為：B；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（5）菱鋅礦轉(zhuǎn)化可以得到m₂ Kg ZnO，則：
ZnCO₃～ZnO
125    81
m     m₂Kg
ZnCO₃的質(zhì)量m=$\frac{125{m}_{2}}{81}$Kg，ZnCO₃的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{\frac{125{m}_{2}}{81}Kg}{{m}_{1}Kg}$=$\frac{125{m}_{2}}{{m}_{1}}$，
故答案為：$\frac{125{m}_{2}}{{m}_{1}}$．

點評 本題是物質(zhì)制備工藝流程題，主要依據(jù)流程圖中涉及的化學(xué)知識、化學(xué)原理來設(shè)計問題，（5）中注意過程中加入鋅粉，不能利用硫酸鋅晶體的質(zhì)量計算，是對學(xué)生綜合能力的考查．