Question

3．工業(yè)上�；厥找睙掍\廢渣中的鋅（含有ZnO、FeO、Fe₂O₃、CuO、Al₂O₃等雜質(zhì)），并用來(lái)生產(chǎn)Zn（NO₃）₂•6H₂O晶體，其工藝流程為：

有關(guān)氫氧化物開(kāi)始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氫氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2
開(kāi)始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2[	5.4
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7	8.0

（1）在“酸浸”步驟中，為提高鋅的浸出速率，除通入空氣“攪拌”外，還可采取的措施是適當(dāng)升高反應(yīng)溫度（或增大硝酸濃度、將鋅廢渣粉碎等）．
（2）上述工藝流程中多處涉及“過(guò)濾”，實(shí)驗(yàn)室中過(guò)濾操作需要使用的玻璃儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒．
（3）在“除雜I”步驟中，需再加入適量H₂O₂溶液，H₂O₂與Fe²⁺反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，為使Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀完全，而Zn（OH）₂不沉淀，應(yīng)控制溶液的pH范圍為5.2～5.4．當(dāng)pH=5時(shí)，溶液中c（Fe³⁺）=2.6×10^-12 mol•L^-1．（常溫下Ksp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39）．檢驗(yàn)Fe³⁺是否沉淀完全的實(shí)驗(yàn)操作是靜置片刻，取少量上層清液，滴加KSCN溶液，若不出現(xiàn)血紅色，則表明Fe³⁺沉淀完全．
（4）加入Zn粉的作用是除去溶液中的Cu²⁺．“操作A”的名稱是冷卻．

Answer 1

分析 冶煉鋅廢渣中加入硝酸、通入空氣酸浸過(guò)濾后得到濾液含有Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺（少量）、Cu²⁺、Al³⁺，在“除雜I”步驟中，需再加入適量H₂O₂溶液，目的是將未被氧化的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，調(diào)節(jié)溶液pH使鐵離子、鋁離子全部沉淀，過(guò)濾后濾液中加入鋅除去銅離子，過(guò)濾得到硫酸鋅溶液，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌、烘干得到ZnSO₄•6H₂O晶體．
（1）從溫度、濃度、增大接觸面積等分析增大反應(yīng)速率；
（2）過(guò)濾操作中使用的玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒；
（3）H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，自身被還原為H₂O；
根據(jù)離子開(kāi)始沉淀及沉淀完全的pH選擇控制溶液的pH范圍；
計(jì)算溶液中c（OH^-），代入Ksp[Fe（OH）₃]計(jì)算溶液中c（Fe³⁺）；
利用KSCN溶液檢驗(yàn)Fe³⁺是否存在，判斷沉淀是否完全；
（4）Zn與溶液中銅離子反應(yīng)，除去溶液中的Cu²⁺；冷卻結(jié)晶得到Zn（NO₃）₂•6H₂O晶體．

解答 解：冶煉鋅廢渣中加入硝酸、通入空氣酸浸過(guò)濾后得到濾液含有Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺（少量）、Cu²⁺、Al³⁺，在“除雜I”步驟中，需再加入適量H₂O₂溶液，目的是將未被氧化的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，調(diào)節(jié)溶液pH使鐵離子、鋁離子全部沉淀，過(guò)濾后濾液中加入鋅除去銅離子，過(guò)濾得到硫酸鋅溶液，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌、烘干得到ZnSO₄•6H₂O晶體．
（1）適當(dāng)升高反應(yīng)溫度（或增大硝酸濃度、將鋅廢渣粉碎等）可提高鋅的浸出速率，
故答案為：適當(dāng)升高反應(yīng)溫度（或增大硝酸濃度、將鋅廢渣粉碎等）；
（2）過(guò)濾操作中使用的玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：漏斗、燒杯、玻璃棒；
（3）H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，自身被還原為H₂O，反應(yīng)離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
由表格中的數(shù)據(jù)可知，氫氧化鋅開(kāi)始沉淀的pH為5.4，氫氧化鋁完全沉淀的pH為5.2，氫氧化鐵完全沉淀的pH為3.7，則為使Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀完全，而Zn（OH）₂不沉淀，應(yīng)控制溶液的pH范圍為5.2～5.4；
當(dāng)pH=5時(shí)，溶液中c（OH^-）=10^-9 mol•L^-1，由c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，計(jì)算可得c（Fe³⁺）=2.6×10^-12 mol•L^-1；
檢驗(yàn)Fe³⁺是否沉淀完全的實(shí)驗(yàn)操作是：靜置片刻，取少量上層清液，滴加KSCN溶液，若不出現(xiàn)血紅色，則表明Fe³⁺沉淀完全，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；5.2～5.4；2.6×10^-12 mol•L^-1；靜置片刻，取少量上層清液，滴加KSCN溶液，若不出現(xiàn)血紅色，表明Fe³⁺沉淀完全；
（4）由流程圖及離子沉淀的pH，則加入Zn粉的作用除去溶液中的Cu²⁺，除雜后的溶液加熱濃縮后、冷卻結(jié)晶得到晶體，
故答案為：除去溶液中的Cu²⁺；冷卻結(jié)晶．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備方案設(shè)計(jì)、物質(zhì)的分離提純、基本操作、對(duì)操作及條件控制的分析評(píng)價(jià)、離子檢驗(yàn)、溶度積計(jì)算等，關(guān)鍵是對(duì)工藝流程的理解，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，題目難度中等．