Question

9．堿式碳酸鋅 xZnCO₃•yZn（OH）₂•zH₂O主要用做橡膠硫化促進劑，工業(yè)上利用鋅焙砂（主要成分是ZnO、SiO₂，還含有Fe₂O₃、CuO等）生產堿式碳酸鋅的工藝流程如下：

請回答下列問題：
（1）向鋅焙砂加入足量稀硫酸進行酸溶的過程中，所發(fā)生反應的離子方程式為Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O（寫其中任意兩個）．
（2）從濾渣I中分離出S1O₂的部分流程如下：濾渣1$→_{過濾}^{試劑X}$溶液$→_{過濾}^{通入足量CO_{2}}$沉淀$\stackrel{操作1}{→}$SiO₂
①試劑X的名稱為氫氧化鈉．
②操作1的方法為灼燒．
（3）加入鋅粉的目的是除去溶液中的Fe²⁺、Cu²⁺，從濾渣Ⅱ中獲取銅的操作方法為向濾渣2中加入過量的稀硫酸（或稀鹽酸），充分反應后過濾．
（4）高溫煅燒堿式碳酸鋅得到ZnO，取堿式碳酸鋅3.41g，在高溫下煅燒至恒重，得到固體2.43g和標準狀況下CO₂0.224L，則該堿式碳酸鋅的化學式為Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O或ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O．

Answer 1

分析 利用鋅焙砂（主要成分是ZnO、SiO₂，還含有Fe₂O₃、CuO等）生產堿式碳酸鋅的工藝流程：鋅焙砂含有少量氧化銅和氧化鐵等雜質．加入稀硫酸溶解過濾，ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，濾渣Ⅰ為二氧化硅、不溶性雜質，得到溶液中含有硫酸鋅、硫酸銅、硫酸鐵，在金屬活動順序表中，鋅排在鐵、銅的前面，加入過量鋅粉鋅將三價鐵離子還原成亞鐵離子，鋅置換出鐵和銅，濾渣2為Zn、Fe、Cu，過濾得到溶液中加入碳酸鈉過濾得到堿式碳酸鋅．
（1）二氧化硅不與硫酸反應，氧化鋅、氧化鐵、氧化銅分別與酸反應生成相應的離子；
（2）二氧化硅和氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和水，通入二氧化碳，二氧化碳和硅酸鈉溶液反應生成硅酸沉淀，灼燒分解生成二氧化硅；
（3）在金屬活動順序表中，鋅排在鐵、銅的前面，加入過量鋅粉置換出鐵和銅，鋅、鐵能和硫酸反應，而銅不能，加硫酸從濾渣Ⅱ中獲取銅；
（4）堿式碳酸鋅分解生成氧化鋅，二氧化碳和水，結合元素守恒計算化學式．

解答 解：（1）鋅焙砂（主要成分是ZnO、SiO₂，還含有Fe₂O₃、CuO等）加入稀硫酸溶解：ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O，離子反應為：ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O，
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，離子反應為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，離子反應為：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，二氧化硅不與硫酸反應，
故答案為：ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O（CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O）；
（2）濾渣Ⅰ為二氧化硅、不溶性雜質，二氧化硅與氫氧化鈉反應生成可溶性的硅酸鈉和水，所以加入氫氧化鈉，其反應化學方程式為SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O，通入二氧化碳，二氧化碳和硅酸鈉溶液反應CO₂+Na₂SiO₃+H₂O=H₂SiO₃↓+Na₂CO₃，生成硅酸沉淀，灼燒分解生成二氧化硅：H₂SiO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$SiO₂+H₂O，
故答案為：①氫氧化鈉；②灼燒；
（3）加入過量鋅粉鋅將三價鐵離子還原成亞鐵離子3Zn+2Fe³⁺=3Zn²⁺+2Fe²⁺，在金屬活動順序表中，鋅排在鐵、銅的前面，加入過量鋅粉置換出鐵和銅，鋅、鐵能和硫酸（或鹽酸）反應，而銅不能，加硫酸（或鹽酸）從濾渣Ⅱ中獲取銅，
故答案為：除去溶液中的Fe²⁺、Cu²⁺；向濾渣2中加入過量的稀硫酸（或稀鹽酸），充分反應后過濾；
（4）堿式碳酸鋅分解生成氧化鋅，二氧化碳和水，結合元素守恒計算化學式；加碳酸銨時生成的沉淀是堿式碳酸鋅，取該堿式碳酸鋅3.41g，在400～500℃下加熱至質量不再變化，得到氧化鋅2.43g物質的量=$\frac{2.43g}{81g/mol}$=0.03mol，標準狀況下的CO₂ 0.224L，物質的量=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol
水的物質的量=$\frac{3.41g-2.43g-0.01mol×44g/mol}{18g/mol}$=0.03mol
氧元素物質的量=$\frac{3.41g-0.03mol×65g/mol-0.01mol×12g/mol-0.06mol×1g/mol}{16g/mol}$=0.08mol
n（Zn）：n（C）：n（H）：n（O）=0.03：0.01：0.06：0.08=3：1：6：8，堿式鹽為Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O或ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，
故答案為：Zn₃（OH）₄CO₃•H₂O或ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O．

點評 本題考查了物質分離提純的實驗方法和過程分析判斷，為高頻考點，側重于學生的分析能力、實驗能力的考查，注意把握題干信息的分析理解，操作步驟的注意問題和基本操作方法，（4）堿式碳酸鋅的化學式的計算是解題關鍵，題目難度中等．