Question

5．高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素．從煙塵中提取硫酸鋅，可以變廢為寶，減少其對環(huán)境的危害．下圖是用高爐煙塵制取硫酸鋅的工業(yè)流程．

已知：
①20℃時，0.1mol．L^-1的金屬離子沉淀時的pH

pH	Fe3+	Zn2+	Mn2+	Cu2+
開始沉淀	1.9	6.0	8.1	4.7
沉淀完全	3.7	8.0	10.1	6.7
沉淀溶解	不溶解	10.5	不溶解	/

②過二硫酸銨是一種強氧化劑．
③ZnSO₄+4NH₃=[Zn（NH₃）₄]SO₄，[Zn（NH₃）₄]SO₄易溶于水．
回答下列問題：
（1）為提高煙塵中金屬離子的浸出率，除了適度增加硫酸濃度外，還可以采取什么措施？
（舉出1種）增大硫酸濃度或升高溫度或邊加硫酸邊攪攔或增加浸出時間等．
（2）上述流程測得溶液pH=5.0，此處可以選擇的測量儀器是pH計（或者酸度計或試紙）．
（3）加入MnO₂的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺．
（4）寫出過二硫酸銨把硫酸錳（MnSO₄）氧化的化學方程式MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄．
（5）寫出還原過程發(fā)生的主要反應的離子方程式Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu．
（6）操作甲中為使鋅離子完全沉淀，添加的最佳試劑是C．
A鋅粉    B氨水    C（ NH₄）₂CO₃    D NaOH
（7）若pH=5.0時，溶液中的Cu²⁺尚未開始沉淀，求溶液中允許的Cu²⁺濃度的最大值．

Answer 1

分析 高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素，用硫酸酸浸，過濾得到濾液中含有鋅離子、亞鐵離子、銅離子等，用二氧化錳氧化亞鐵離子生成鐵離子，再加氨水調節(jié)pH值使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去，用過二硫酸銨除去錳離子，再加入足量的鋅除去銅離子，得到硫酸銨、硫酸鋅的混合溶液，在溶液中加足量的（ NH₄）₂CO₃ 使鋅離子完全沉淀，過濾分離后用硫酸溶解得到硫酸鋅，
（1）提高浸出率可從濃度、溫度、攪拌等影響化學反應速率的角度解答；
（2）測量溶液pH可以用pH計（或者酸度計或試紙）；
（3）加入MnO₂可以將亞鐵離子氧化成鐵離子；
（4）根據電子得失守恒和元素守恒書寫過二硫酸銨和硫酸錳反應的化學方程式；
（5）還原過程中鋅置換出銅；
（6）使鋅離子完全沉淀，要調節(jié)溶液的pH值且要不引入新的雜質；
（7）根據0.1mol．L^-1Cu²⁺開始沉淀時，pH=4.7，可計算出Ksp[Cu（OH）₂]，根據Ksp可計算出pH=5.0時，溶液中的Cu²⁺濃度的最大值．

解答 解：高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素，用硫酸酸浸，過濾得到濾液中含有鋅離子、亞鐵離子、銅離子等，用二氧化錳氧化亞鐵離子生成鐵離子，再加氨水調節(jié)pH值使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去，用過二硫酸銨除去錳離子，再加入足量的鋅除去銅離子，得到硫酸銨、硫酸鋅的混合溶液，在溶液中加足量的（ NH₄）₂CO₃ 使鋅離子完全沉淀，過濾分離后用硫酸溶解得到硫酸鋅，
（1）要提高浸出率，可增大硫酸濃度、升高溫度、邊加硫酸邊攪攔、增加浸出時間等，
故答案為：增大硫酸濃度或升高溫度或邊加硫酸邊攪攔或增加浸出時間等；
（2）測量溶液pH可以用pH計（或者酸度計或試紙），
故答案為：pH計（或者酸度計或試紙）；
（3）加入MnO₂可以將亞鐵離子氧化成鐵離子，便于除去鐵元素，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
（4）過二硫酸銨和硫酸錳反應生成二氧化錳、硫酸銨、硫酸，反應的化學方程式為MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄，
故答案為：MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄；
（5）還原過程中鋅置換出銅，反應的離子方程式為Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu，
故答案為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
（6）由于在前面的步驟中已經加過鋅，所以鋅不能使鋅離子完全沉淀，氨水與鋅離子形成配合離子溶于水，氫氧化鈉會引入新雜質，所以要使鋅離子完全沉淀，只能用碳酸銨，故選C，
故答案為：C；
（7）根據0.1mol．L^-1Cu²⁺開始沉淀時，pH=4.7，可知Ksp[Cu（OH）₂]=0.1×（10^-9.3）=10^-19.6，根據Ksp可知pH=5.0時，所以溶液中的Cu²⁺濃度的最大值為$\frac{1{0}^{-19.6}}{（1{0}^{-9}）^{2}}$mol/L=10^-1.6mol/L，
答：溶液中允許的Cu²⁺濃度的最大值為10^-1.6mol/L．

點評 本題考查了物質分離提純的方法和流程分析判斷，為高考常見題型，掌握物質性質和實驗操作流程是解題關鍵，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和對基礎知識的應用能力．