Question

4．鋅鋇白是一種白色顏料．工業上是由ZnSO₄與BaS溶液混合而成：BaS+ZnSO₄=ZnS↓+BaSO₄↓．請根據以下工業生產流程回答有關問題．

Ⅰ、ZnSO₄溶液的制備與提純：
有關資料：a．菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等；
b．Zn（OH）₂與Al（OH）₃相似，能溶于過量的NaOH溶液生成Na₂ZnO₂．
（1）②中使用的氧化劑最好是下列的D（選填字母代號）．
A．Cl₂ B．濃HNO₃ C．KMnO₄ D．H₂O₂
（2）為了達到綜合利用、節能減排的目的，上述流程步驟④中的CO₂可以來自于步①（選填①、②、③、⑤）．
（3）寫出步驟④后產生濾渣3的化學式Zn（OH）₂．
（4）與Al相似，Zn也能溶于NaOH溶液．寫出將Zn片和Cu片放入NaOH溶液中形成原電池的負極電極反應式：Zn-2e^-+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O．
Ⅱ、BaS溶液的制備：

有關數據：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H₁=-1473.2kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
Ba（s）+S（s）=BaS（s）△H₃=-460kJ•mol^-1
（5）若煅燒還原的產物僅為BaS和CO，則其反應的熱化學方程式為：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ•mol^-1．
Ⅲ、制取鋅鋇白：
（6）如果生產流程步驟⑤硫酸過量，則ZnSO₄與BaS溶液混合制取鋅鋇白產生的后果是過量的酸與BaS溶液混合會產生有毒的H₂S污染空氣，而且會降低鋅鋇白的產率．

Answer 1

分析 I．由圖或者流程可知，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，②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）加氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，不能引入新雜質；
（2）上述各步驟中，只有步驟①中有二氧化碳生成；
（3）步驟④通二氧化碳將ZnO₂^2-轉化為Zn（OH）₂；
（4）Zn與NaOH溶液反應，Zn作負極，發生氧化反應失去電子，堿性條件下生成ZnO₂^2-與H₂O；
Ⅱ．（5）煅燒發生反應：BaSO₄+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaS+4CO↑，根據已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減構造目標熱化學方程式；
Ⅲ．（6）步驟⑤中硫酸過量，過量的酸與BaS溶液混合會發生反應，產生有毒的H₂S污染空氣，而且會降低鋅鋇白的產率．

解答 解：I．由圖或者流程可知，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，②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）加氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，不能引入新雜質，氯氣做氧化劑會引入氯離子，且氯氣有毒，濃HNO₃做氧化劑會被還原為有毒氣體，引入雜質離子NO₃^-，KMnO₄ 做氧化劑會引入K⁺、MnO₄^-，過氧化氫做氧化劑被還原為水，不引入新的雜質，過量的過氧化氫加熱分解生成氧氣和水，
故選：D；
（2）上述各步驟中，只有步驟①中有二氧化碳生成，故選：①；
（3）步驟④通二氧化碳將ZnO₂^2-轉化為Zn（OH）₂，則濾渣3為Zn（OH）₂，故答案為：Zn（OH）₂；
（4）Zn與NaOH溶液反應，Zn作負極，發生氧化反應失去電子，堿性條件下生成ZnO₂^2-與H₂O，負極電極反應式為：Zn-2e^-+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O，故答案為：Zn-2e^-+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O；
Ⅱ．（5）煅燒發生反應：BaSO₄+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaS+4CO↑，
已知：①Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）；△H=-1473.2kJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）；△H=-110.5kJ•mol^-1
③Ba（s）+S（s）=BaS（s）；△H=-460kJ•mol^-1
依據蓋斯定律，②×4-③-①得到熱化學方程式為：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ•mol^-1，
故答案為：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ•mol^-1；
Ⅲ．（6）步驟⑤中硫酸過量，過量的酸與BaS溶液混合會發生反應，產生有毒的H₂S污染空氣，而且會降低鋅鋇白的產率，
故答案為：過量的酸與BaS溶液混合會產生有毒的H₂S污染空氣，而且會降低鋅鋇白的產率．

點評 本題考查物質制備工藝流程，涉及物質的分離提純、對操作步驟及試劑的分析評價、電極反應式書寫、熱化學方程式書寫等，理解工藝流程原理是解題關鍵，題目難度中等．