Question

11．由菱鋅礦（主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等）制備ZnSO₄溶液的流程如圖所示：

已知：Zn（OH）₂與Al（OH）₃相似，能溶于過量的NaOH溶液生成Na₂[Zn（OH）₄]．
回答下列問題：
（1）濾渣1主要成分的化學式為SiO₂，濾液3中c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+2c（SO₄^2-）．
（2）濾渣1中加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺以便于轉化成沉淀除去，涉及的離子方程式為2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O
（3）已知：K_SP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_SP[Cu（OH）₂]=2.0×10^-20
①常溫下，當溶液中加入NaOH溶液使pH=11時Zn（OH）₂開始溶解，此時溶液中c（Cu²⁺）/c（Fe³⁺）為5.0×10¹⁴．Zn（OH）₂溶解于NaOH溶液的離子方程式為Zn（OH）₂+2OH^-=[Zn（OH）₄]^2-．
②常溫下，Fe（OH）₃（s）、Cu（OH）₂（s）分別在溶液中達到沉淀溶解平衡后，改變溶液pH．金屬陽離子濃度的變化如圖所示，下列判斷正確的是BC．
A．加適量氯化銨固體可使溶液由a點變到b點
B．c、d兩點代表的溶液中c（H⁺）與c（OH^-）乘積相等
C．Fe（OH）₃、Cu（OH）₂分別在b、c兩點代表的溶液中達到飽和
（4）工業上由ZnSO₄與BaS溶液混合可制取白色顏料鋅鋇白（ZnS、BaSO₄）．在鋅鋇白中滴加CuSO₄溶液振蕩后靜置，有黑色沉淀產生．原因是ZnS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Zn²⁺（aq）（用離子方程式表示）．

Answer 1

分析 由流程可知，菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等，加硫酸，只有SiO₂不反應，經過過濾進行分離，則濾渣1為SiO₂，濾液1含有硫酸銅、硫酸亞鐵、硫酸鋅、剩余的硫酸，加氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，再加過量的NaOH，Zn²⁺轉化ZnO₂^2-，使Cu²⁺、Fe³⁺轉化為沉淀，通過過濾從溶液中除去，則濾渣2為Fe（OH）₃、Cu（OH）₂，濾液2中含有Na₂ZnO₂及過量的NaOH，④通二氧化碳將ZnO₂^2-轉化為沉淀，則濾渣3為Zn（OH）₂，步驟⑤主要發生氫氧化鋅與硫酸的反應，濾液3含有碳酸氫鈉，以此解答該題．

解答 解：由流程可知，菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等，加硫酸，只有SiO₂不反應，經過過濾進行分離，則濾渣1為SiO₂，濾液1含有硫酸銅、硫酸亞鐵、硫酸鋅、剩余的硫酸，加氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，再加過量的NaOH，Zn²⁺轉化ZnO₂^2-，使Cu²⁺、Fe³⁺轉化為沉淀，通過過濾從溶液中除去，則濾渣2為Fe（OH）₃、Cu（OH）₂，濾液2中含有Na₂ZnO₂及過量的NaOH，④通二氧化碳將ZnO₂^2-轉化為沉淀，則濾渣3為Zn（OH）₂，步驟⑤主要發生氫氧化鋅與硫酸的反應，濾液3含有碳酸氫鈉，
（1）由以上分析可知濾渣1主要成分為SiO₂，濾液3含有碳酸氫鈉，和硫酸鈉，由電荷守恒可知c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+2c（SO₄^2-），
故答案為：SiO₂；c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+2c（SO₄^2-）；
（2）過氧化氫具有強氧化性，可氧化亞鐵離子，反應的離子方程式為2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺以便于轉化成沉淀除去，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺以便于轉化成沉淀除去；2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）①溶液中加入NaOH溶液使pH=11時，c（Cu²⁺）=$\frac{2.0×1{0}^{-20}}{（1×1{0}^{-3}）^{2}}$=2.0×10^-14mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1×1{0}^{-3}）^{3}}$mol/L=4.0×10^-29mol/L，
則溶液中c（Cu²⁺）/c（Fe³⁺）為5.0×10¹⁴，
Zn（OH）₂與Al（OH）₃相似，能溶于過量的NaOH溶液生成Na₂[Zn（OH）₄]，Zn（OH）₂溶解于NaOH溶液的離子方程式為Zn（OH）₂+2OH^-=[Zn（OH）₄]^2-，
故答案為：5.0×10¹⁴；Zn（OH）₂+2OH^-=[Zn（OH）₄]^2-；
 ②A．向溶液中加入NH₄Cl固體，銨根離子與氫氧根離子結合生成一水合氨，會導致溶液中的c（OH^-）減小，故不能使溶液由a點變到b點，故A錯誤；
B．只要溫度不發生改變，Kw就不變，該題中溫度條件不變，c、d兩點代表的溶液中c（H⁺）與c（OH^-）乘積相等，故B正確；
C．曲線為沉淀溶解平衡曲線，曲線上的點為平衡點，已知b、c兩點分別處在兩條的沉淀溶解平衡曲線上，所以兩點均代表溶液達到飽和，故C正確，
故答案為：BC；
（4）CuS的溶度積較小，則可轉化為CuS黑色沉淀，發生ZnS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Zn²⁺（aq），故答案為：ZnS（s）+Cu²⁺（aq）=CuS（s）+Zn²⁺（aq）．

點評 本題考查物質制備流程分析判斷，為高頻考點，側重于學生的分析、實驗和計算能力的考查，把握環節中所得物質成分及除雜試劑、循環利用的物質推斷為解答的關鍵，涉及離子方程式、實驗方案的評價等，題目難度中等．