Question

納米ZnS具有獨特的光電效應，在電學、磁學、光學等領域應用廣泛．以工業廢渣鋅灰（主要成分為Zn、ZnO，還含有Fe₂O₃、FeO、CuO等雜質）為原料制備納米ZnS的工業流程如下：

請回答下列問題：
（1）酸浸時FeO與稀HNO₃反應的離子方程式

 

．
（2）為了將酸浸的尾氣循環利用，加入的X氣體可以是

 

．
（3）流程中加入ZnO調pH的目的是

 

．
（4）濾渣2中的成分是

 

．
（5）已知ZnS的溶度積K_sp=1.6×10^-24，溶液中Zn²⁺濃度為0.01mol?L^-1，則溶液中S^2-濃度大于

 

mol?L^-1，才生成ZnS沉淀．
（6）試設計簡單實驗方案，判斷所得ZnS樣品顆粒是否為納米級

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：鋅灰（主要成分為Zn、ZnO，還含有Fe₂O₃、FeO、CuO等雜質）加入稀硝酸溶解，根據硝酸的強氧化性則所得溶液中含有三價鐵、二價鋅、二價銅離子，再加入氧化鋅調節PH值先使三價鐵以氫氧化鐵沉淀而過濾除去，再加鋅置換成溶液中銅而過濾除去，最后調節PH再使鋅離子轉化成氫氧化鋅沉淀，再用硫化氫溶解沉淀氫氧化鋅得到ZnS，以此解答；
（1）酸浸時FeO與稀HNO₃反應根據稀硝酸的強氧化性書寫離子方程式；
（2）根據稀硝酸酸浸的尾氣為一氧化氮，結合循環利用進一步再轉化成硝酸分析．
（3）根據以上分析解答；
（4）根據以上分析解答；
（5）根據Qc＞K_sp，才生成ZnS沉淀計算；
（6）根據膠體的粒子是納米級的設計判斷．

解答： 解：鋅灰（主要成分為Zn、ZnO，還含有Fe₂O₃、FeO、CuO等雜質）加入稀硝酸溶解，根據硝酸的強氧化性則所得溶液中含有三價鐵、二價鋅、二價銅離子，再加入氧化鋅調節PH值先使三價鐵以氫氧化鐵沉淀而過濾除去，再加鋅置換成溶液中銅而過濾除去，最后調節PH再使鋅離子轉化成氫氧化鋅沉淀，再用硫化氫溶解沉淀氫氧化鋅得到ZnS；
（1）由于稀硝酸的強氧化性，所以FeO與稀HNO₃反應離子方程式為：3FeO+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+5H₂O，故答案為：3FeO+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+5H₂O；
（2）稀硝酸酸浸的尾氣為一氧化氮，根據要循環利用則將NO進一步再轉化成硝酸即4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，所以通空氣或者氧氣，故答案為：空氣（或O₂）；
（3）由于硝酸的強氧化性則酸溶解所得溶液中含有三價鐵、二價鋅、二價銅離子，再加入氧化鋅調節PH值先使三價鐵以氫氧化鐵沉淀而過濾除去，
故答案為：除去溶液中的Fe³⁺；
（4）由于硝酸的強氧化性則酸溶解所得溶液中含有三價鐵、二價鋅、二價銅離子，再加入氧化鋅調節PH值先使三價鐵以氫氧化鐵沉淀而過濾除去，再加鋅置換成溶液中銅而過濾除去，所以最終過量出來的處理置換出的銅還有過量的鋅，故答案為：Cu、Zn； 
（5）當Qc＞K_sp，才生成ZnS沉淀，即S^2-濃度大于

K sp

C(Zn 2+)

=

1.6×10 -24

0.01

=1.6×10^-22 mol?L^-1，故答案為：1.6×10^-22；
（6）根據膠體的粒子是納米級的，則取少量樣品和水混合形成分散系，讓一束光照射，若出現一條光亮的通路，則是納米級，否則不是，
故答案為：取少量樣品和水混合形成分散系，讓一束光照射，若出現一條光亮的通路，則是納米級，否則不是．

點評：本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應、鹽類的水解的應用、物質的分離提純以及Ksp的計算，側重于學生的分析能力和實驗能力、計算能力的考查，為高頻考點和常見題型，題目難度中等，注意把握基礎知識的積累．