Question

11．ZnO是電鍍、涂料、有機合成等化學(xué)工業(yè)的重要原料．某課題組設(shè)計由含鋅工業(yè)廢料（含F(xiàn)e、Cu、Mn等雜質(zhì)）生產(chǎn)ZnO的工藝流程如下：

已知：黃鈉鐵礬在pH為1.5，溫度為90℃時完全沉淀，且易于過濾．
2Cu+O₂+2H₂SO₄═2CuSO₄+2H₂O
（1）步驟①的浸取液里除含有Zn²⁺、Mn²⁺外，還含有的金屬離子有Fe³⁺、Cu²⁺，所加試劑X為Na₂SO₄和H₂SO₄的混合液．
（2）步驟②可進一步氧化除去鐵，還氧化除去了Mn²⁺，除去Mn²⁺的離子方程式為Mn²⁺+H₂O₂+H₂O═MnO（OH）₂↓+2H⁺；步驟③所加試劑是Zn，整個工藝流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是Na₂SO₄．
（3）步驟⑤中檢驗沉淀是否洗滌干凈的操作方法是取最后一次洗滌濾液1～2mL于試管中，向其中滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成，則表明已洗滌干凈．
（4）步驟④碳化實際得到的是一種堿式碳酸鋅[ZnCO₃•xZn（OH）₂•yH₂O]，取該樣品7.18g，充分灼燒后，測得殘留固體質(zhì)量為4.86g，將所得氣體通入足量澄清石灰水中，得到2.00g沉淀，則此堿式碳酸鋅的化學(xué)式是ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O或Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O

Answer 1

分析 鐵、銅、錳能與鹽酸反應(yīng)生成Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺；Mn²⁺可與雙氧水反應(yīng)生成MnO（OH）₂↓；鋅能與銅離子反應(yīng)生成銅單質(zhì)；硫酸鋅能與碳酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和碳酸鋅，碳酸鋅受熱分解生成氧化鋅和水，
（1）鐵、銅、錳能與鹽酸反應(yīng)生成Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺；
（2）Mn²⁺可與雙氧水反應(yīng)生成MnO（OH）₂↓；鋅能與銅離子反應(yīng)生成銅單質(zhì)；硫酸鋅能與碳酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和碳酸鋅；
（3）滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成，則表明已洗滌干凈；
（4）堿式碳酸鋅6.82 g，充分灼燒后測得殘留物質(zhì)為氧化鋅，質(zhì)量為4.86 g，鋅的質(zhì)量為3.9g．將所得氣體是二氧化碳，沉淀碳酸鈣是2.0 g，物質(zhì)的量為0.02mol．碳酸根的物質(zhì)的量為0.02mol．根據(jù)電荷守恒得氫氧根的物質(zhì)的量為X=0.08mol．由堿式碳酸鋅6.82 g減去鋅的質(zhì)量，碳酸根和氫氧根的質(zhì)量，剩下的就為水的質(zhì)量．

解答 解：鐵、銅、錳能與鹽酸反應(yīng)生成Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺；Mn²⁺可與雙氧水反應(yīng)生成MnO（OH）₂↓；鋅能與銅離子反應(yīng)生成銅單質(zhì)；硫酸鋅能與碳酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和碳酸鋅，碳酸鋅受熱分解生成氧化鋅和水，
（1）鐵、銅、錳能與鹽酸反應(yīng)生成Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺，F(xiàn)e²⁺能被氧化為Fe³⁺，浸取液課得到黃鈉鐵釩，說明X為Na₂SO₄和H₂SO₄的混合液，
故答案為：Fe³⁺；Cu²⁺；H₂SO₄；
（2）Mn²⁺可與雙氧水反應(yīng)生成MnO（OH）₂↓，離子方程式：Mn²⁺+H₂O₂+H₂O═MnO（OH）₂↓+2H⁺；鋅能與銅離子反應(yīng)生成銅單質(zhì)；硫酸鋅能與碳酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和碳酸鋅，Na₂SO₄可以循環(huán)使用，
故答案為：Mn²⁺+H₂O₂+H₂O═MnO（OH）₂↓+2H⁺；Zn；Na₂SO₄；
（3）檢驗沉淀是否洗滌干凈的操作方法為：取最后一次洗滌濾液滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成，則表明已洗滌干凈，
故答案為：取最后一次洗滌濾液1～2mL于試管中，向其中滴加BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成，則表明已洗滌干凈；
（4）堿式碳酸鋅6.82 g，充分灼燒后測得殘留物質(zhì)為氧化鋅，質(zhì)量為4.86 g，物質(zhì)的量為：$\frac{4.86g}{81g/mol}$=0.06mol，鋅的質(zhì)量為3.9g．將所得氣體是二氧化碳，沉淀碳酸鈣是2.0 g，物質(zhì)的量為0.02mol．碳酸根的物質(zhì)的量為0.02mol．
根據(jù)電荷守恒：0.06mol×2=0.02mol×2+X，
得氫氧根的物質(zhì)的量為X=0.08mol，
由堿式碳酸鋅6.82 g減去鋅的質(zhì)量，碳酸根和氫氧根的質(zhì)量，剩下的就為水的質(zhì)量：6.82-3.9-0.02×60-0.08×17=0.36g，物質(zhì)的量為0.02mol，
故堿式碳酸鋅的組成ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O 或Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O，
故答案為：ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O或Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O．

點評 本題考查物質(zhì)的分離與提純方法的綜合應(yīng)用及制備實驗方案的設(shè)計，題目難度中等，涉及化學(xué)計算、氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)方程式的書寫、化學(xué)式的判斷等知識，明確實驗?zāi)康摹�實驗原理為解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>