Question

2．某科研小組設計出利用工業廢酸（稀H₂SO₄）來浸取某廢棄的氧化銅鋅礦的方案，實現廢物綜合利用，方案如下圖所示．

已知：各離子開始沉淀及完全沉淀時的pH如下表所示．

離子	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
Fe2+	6.34	9.7
Fe3+	1.48	3.2
Zn2+	6.2	8.0

請回答下列問題：
（1）在“酸浸”步驟中，為提高浸出速率，除通入空氣“攪拌”外，還可采取的措施是適當升高溫度（或增大酸濃度、將氧化銅鋅礦粉碎等）．（任寫一點即可）
（2）氧化銅鋅礦中含有少量的CuS和ZnS，在H₂SO₄的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶，
則相同溫度下：K_sp（CuS）＜K_sp（ZnS）（選填“＞”“＜”或“=”）．
（3）物質A是用來將ZnSO₄溶液中的Fe²⁺轉化為Fe³⁺最好使用下列物質中的B．
A．KMnO₄B．H₂O₂   C．HNO₃ D．NaClO
（4）除鐵過程中加入氨水的目的是通過調節溶液的pH，使Fe³⁺沉淀而Zn²⁺不沉淀，pH應控制在3.2≤pH＜6.2或3.2～6.2范圍之間．
（5）物質B可直接用作氮肥，則B的化學式是（NH₄）₂SO₄．
（6）寫出最后焙燒生成ZnO的化學反應方程式Zn₂（OH）₂CO₃=2ZnO+H₂O+CO₂↑．

Answer 1

分析 氧化銅鋅礦經廢酸浸取后過濾，可得到硫酸銅、硫酸鋅溶液；向酸浸液中加鐵可還原出銅，經過濾可得銅和硫酸亞鐵、硫酸鋅的混合液；然后加入A和氨水，將亞鐵轉化為氫氧化鐵沉淀而除去；后向濾液中加氨水等將鋅離子轉化為Zn₂（OH）₂CO₃，最后焙燒，Zn₂（OH）₂CO₃受熱分解得到氧化鋅．
（1）影響化學反應速率的因素有：溫度、濃度、固體表面積等；
（2）相同條件下，溶解度大的物質先溶解；
（3）所用試劑能除去雜質，但不能引入新的雜質；
（4）PH的范圍應使鐵完全沉淀而鋅不沉淀；
（5）結合題給信息利用工業廢酸和氮肥考慮；
（6）Zn₂（OH）₂CO₃焙燒可生成ZnO、水和二氧化碳氣體．

解答 解：氧化銅鋅礦經廢酸浸取后過濾，可得到硫酸銅、硫酸鋅溶液；向酸浸液中加鐵可還原出銅，經過濾可得銅和硫酸亞鐵、硫酸鋅的混合液；然后加入A和氨水，將亞鐵轉化為氫氧化鐵沉淀而除去；后向濾液中加氨水等將鋅離子轉化為Zn₂（OH）₂CO₃，最后焙燒，Zn₂（OH）₂CO₃受熱分解得到氧化鋅．
（1）影響化學反應速率的因素有多種，要提高氧化銅鋅礦的酸浸速率，可采取的措施還有升高溫度（增大酸濃度、將氧化銅鋅礦粉碎--增大表面積等）．
故答案為：適當升高溫度（或增大酸濃度、將氧化銅鋅礦粉碎等）；
（2）相同條件下，溶解度大的物質先溶解；因在H₂SO₄的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶，則相同溫度下：K_sp（CuS）＜K_sp（ZnS），
故答案為：＜；
（3）除鐵過程中加入A和氨水，使亞鐵離子變成氫氧化鐵沉淀，故A應為氧化劑，且考慮加入A不引入新的雜質．除空氣外，其他試劑均可引入新的雜質．
故答案為：B；
（4）從圖表數據可知，鐵離子沉淀完全的PH為3.2，鋅離子開始沉淀的PH為6.2．故除鐵PH范圍為：3.2～6.2；
故答案為：3.2≤pH＜6.2或3.2～6.2；
（5）因所用廢酸為硫酸，B又可作氮肥，所以B為（NH₄）₂SO₄；
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（6）Zn₂（OH）₂CO₃焙燒可生成ZnO、水和二氧化碳氣體，反應的化學方程式為Zn₂（OH）₂CO₃=2ZnO+H₂O+CO₂↑，故答案為：Zn₂（OH）₂CO₃=2ZnO+H₂O+CO₂↑．

點評 本題屬于工藝流程圖方面題目，為高考常見題型和高頻考點，側重于學生的分析、實驗能力的考查，要搞清實驗目的和題給信息，結合流程和題目設問正確解題，本題難度中等．