Question

12．鋅焙砂是鋅精礦經焙燒后所得的產物，主要含氧化鋅、硫酸鋅，有少量FeO、CuO、NiO雜質，是煉鋅最主要的原料．安徽某科研小組設計了如下提取金屬鋅的實驗流程：

（1）酸浸得到的溶液中除Zn²⁺外，還含有的金屬陽離子Cu²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺（填離子符號），需要用到240ml 4mol•L-¹ H₂SO₄，用18.4mol•L^-1 H₂SO₄濃硫酸配制該溶液過程中用到的主要玻璃儀器有250ml容量瓶、玻璃棒、燒杯、量筒 膠頭滴管等
（2）凈化Ⅰ操作需要加入H₂O₂，控制溶液PH在4左右，發生反應的離子方程式H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，沉淀的主要成分是Fe（OH）₃．
（3）凈化Ⅱ得到的Cu、Ni，需要進行洗滌操作，檢驗是否洗滌干凈的方法是取最后洗滌液少量，滴加BaCl₂，如無白色沉淀，則洗干凈，
本流程中可以循環利用的物質除鋅外還有H₂SO₄、ZnSO₄．
（4）可用電解沉積硫酸鋅溶液的方法制備鋅，若在在陽極產生13.44L（標準狀況下） 氧氣，在陰極析出鋅的質量為78g
（5）上述工藝中，如果不設計“凈化Ⅱ”，造成的結果是最終得到的產品中含Cu、Ni雜質．

Answer 1

分析 鋅焙砂經被燒后所得的產物，主要含氧化鋅、硫酸鋅（有少量FeO、CuO、NiO雜質），加入硫酸酸化，可生成硫酸鋅、硫酸銅、硫酸鎳以及硫酸亞鐵等，凈化Ⅰ操作分為兩步：第一步是將溶液中少量的Fe²⁺氧化；第二步是控制溶液pH，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，得到的沉淀主要是Fe（OH）₃，過濾后在濾液中加入鋅，可置換出銅、鎳等金屬，濾液為硫酸鋅，經電解，可得到鋅，電解液主要成分為含有硫酸、硫酸鋅，可循環使用，以此解答該題．
（1）鋅焙砂經被燒后所得的產物，主要含氧化鋅、硫酸鋅（有少量FeO、CuO、NiO雜質），加入硫酸酸化，可生成硫酸鋅、硫酸銅、硫酸鎳以及硫酸亞鐵等；配制一定物質的量濃度的溶液的步驟為：計算、稱量、溶解、冷卻、轉移、洗滌、定容、搖勻等，根據配制的步驟選擇使用的儀器；
（2）過氧化氫具有氧化性，亞鐵離子具有還原性，兩者反應生成鐵離子和水，通過調節PH使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀；
（3）凈化Ⅱ得到的Cu、Ni可吸附溶液中的硫酸根離子，通過檢驗硫酸根離子的存在檢驗是否洗凈，濾液為硫酸鋅，經電解，可得到鋅，電解液主要成分為含有硫酸、硫酸鋅，可循環使用；
（4）根據陽極失去的電子總數等于陰極失去的電子總數相等解答，生成1mol氧氣需轉移4mol電子，生成1mol鋅需轉移2mol電子；
（5）上述工藝中，如果不設計“凈化Ⅱ”，溶液中含有Cu²⁺、Ni²⁺，造成的結果是最終得到的產品中含Cu、Ni雜質．

解答 解：（1）鋅焙砂經被燒后所得的產物，主要含氧化鋅、硫酸鋅（有少量FeO、CuO、NiO雜質），加入硫酸酸化，可生成硫酸鋅、硫酸銅、硫酸鎳以及硫酸亞鐵等，因此酸浸得到的溶液中除Zn²⁺外，還含有的金屬陽離子有Cu²⁺、Fe²⁺、Ni²⁺等，用濃硫酸配制稀硫酸需要的儀器有：量筒量取濃硫酸、燒杯用來溶解濃硫酸、玻璃棒攪拌、引流等、膠頭滴管定容以及250mL容量瓶等，
故答案為：Cu²⁺、Fe²⁺、Ni²⁺；250ml容量瓶、玻璃棒、燒杯、量筒 膠頭滴管等；
（2）凈化Ⅰ操作需要加入H₂O₂溶液并控制溶液的pH在4左右，亞鐵離子被雙氧水氧化成鐵離子，反應的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，控制溶液pH，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；Fe（OH）₃；
（3）凈化Ⅱ得到的Cu、Ni可吸附溶液中的硫酸根離子，檢驗是否洗滌干凈，可取最后一次洗滌液于小試管中，滴加硝酸酸化的BaCl₂溶液，如無沉淀生成，說明洗滌干凈，通過制取金屬鋅的流程圖示可以知道，可以循環利用的物質除鋅外，含有硫酸、硫酸鋅，
故答案為：取最后洗滌液少量，滴加BaCl₂，如無白色沉淀，則洗干凈；H₂SO₄、ZnSO₄；
（4）13.44L（標準狀況下） 氧氣n=$\frac{V}{{V}_{m}}$=$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，轉移電子0.6mol×4=2.4mol，生成1mol鋅需轉移2mol電子，所以在陰極析出鋅的質量為：$\frac{2.4mol}{2}$×65g/mol=78g，
故答案為：78g；
（5）上述工藝中，如果不設計“凈化Ⅱ”，溶液中含有Cu²⁺、Ni²⁺，電解會造成的結果是最終得到的產品中含Cu、Ni雜質，
故答案為：最終得到的產品中含Cu、Ni雜質．

點評 本題借助制取金屬鋅的流程考查了離子方程式、電解、化學計算等知識，為高考常見題型，注意合理分析題中信息，題目難度中等，充分考查了分析、理解能力．