Question

10．工業上利用鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量FeO、CuO等雜質）制取金屬鋅的工藝流程如下：回答下列問題：


（1）ZnFe₂O₄是一種性能優良的軟磁材料，也是一種催化劑，能催化烯類有機物氧化脫氫等反應．
①ZnFe₂O₄中Fe的化合價是+3，從物質分類角度說，ZnFe₂O₄屬于鹽（填“酸”、“堿”或“鹽”）．
②工業上利用反應ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnFe₂O₄+2CO₂↑+4CO↑+6H₂O制備ZnFe₂O₄．該反應中氧化產物是ZnFe₂O₄、CO₂（填化學式），每生成1mol ZnFe₂O₄，轉移電子的物質的量是4mol．
（2）酸浸時要將鋅焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率．為達到這一目的，還可采用的措施是增大硫酸的濃度或升高溫度、空氣攪拌等（任答一條）；已知ZnFe₂O₄能溶于酸，則酸浸后溶液中存在的金屬離子有Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺．
（3）凈化Ⅰ中H₂O₂參與反應的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；試劑X的作用是調節溶液的pH，促進Fe³⁺水解．
（4）鋼鐵鍍鋅是鋼鐵防護的一種有效方法．按圖甲裝置進行模擬鐵上鍍鋅的實驗，實驗結果如圖乙所示．乙中橫坐標x表示電路中通過電子的物質的量，縱坐標y表示反應物或生成物的物質的量．
①C電極的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
②E可以表示的量是消耗水的物質的量、生成Zn的物質的量、生成硫酸的物質的量等（任寫一種）．

Answer 1

分析 將鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量FeO、CuO等氧化物雜質）酸浸，發生反應ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，向溶液中加入雙氧水，發生反應2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，調節溶液的pH將Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，調節溶液pH時不能引進新的雜質，可以用ZnO，所以X為ZnO，然后向溶液中加入Zn，發生反應Cu²⁺+Zn=Zn²⁺+Cu，然后過濾，所以Y中含有Cu，最后電解得到Zn，
（1）①ZnFe₂O₄中鋅的化合價+2價，氧元素化合價-2價，結合化合價代數和為0計算得到Fe的化合價；
②工業上利用反應ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnFe₂O₄+2CO₂↑+4CO↑+6H₂O制備ZnFe₂O₄．反應過程中鐵元素化合價+2價變化為+3價，碳元素化合價+3價變化為+4價好+2價；
（2）酸浸時要將鋅焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率．為達到這一目的，還可采用的措施是增大硫酸的濃度或升高溫度、空氣攪拌等，已知ZnFe₂O₄能溶于酸，則酸浸后溶液中存在的金屬離子有，氧化鋅溶解得到鋅離子、氧化亞鐵溶解得到亞鐵離子、氧化銅溶解得到銅離子、ZnFe₂O₄能溶于酸得到鐵離子；
（3）化Ⅰ中H₂O₂參與反應是雙氧水具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，試劑X的作用是調節溶液PH，促進Fe³⁺水解生成氫氧化鐵沉淀除去；
（4）由甲可知，為電解裝置，C為陽極，發生4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，Cu為陰極，發生Cu²⁺+2e^-=Cu；由乙可知，轉移4mol電子生成2molE，E為Cu，生成1molF，F為氧氣，以此來解答．

解答 解：將鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量FeO、CuO等氧化物雜質）酸浸，發生反應ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，向溶液中加入雙氧水，發生反應 2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，調節溶液的pH將Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，調節溶液pH時不能引進新的雜質，可以用ZnO，所以X為ZnO，然后向溶液中加入Zn，發生反應Cu²⁺+Zn=Zn²⁺+Cu，然后過濾，所以Y中含有Cu，最后電解得到Zn，
（1）①ZnFe₂O₄中鋅的化合價+2價，氧元素化合價-2價，結合化合價代數和為0計算得到Fe的化合價，+2+x×2+（-2）×4=0，x=+3，從物質分類角度說，物質是酸根離子和金屬陽離子構成，所以ZnFe₂O₄屬于鹽，
故答案為：+3；鹽；
②工業上利用反應ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnFe₂O₄+2CO₂↑+4CO↑+6H₂O制備ZnFe₂O₄．反應過程中鐵元素化合價+2價變化為+3價，碳元素化合價+3價變化為+4價好+2價，則氧化產物為：ZnFe₂O₄、CO₂，每生成1mol ZnFe₂O₄，碳元素化合價+3價變化為+2價降低得到電子，每生成1mol ZnFe₂O₄，生成4molCO轉移電子的物質的量是4mol，
故答案為：ZnFe₂O₄、CO₂；4mol；
（2）酸浸時要將鋅焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率．為達到這一目的，還可采用的措施是增大硫酸的濃度或升高溫度、空氣攪拌等，已知ZnFe₂O₄能溶于酸，則酸浸后溶液中存在的金屬離子有，氧化鋅溶解得到鋅離子、氧化亞鐵溶解得到亞鐵離子、氧化銅溶解得到銅離子、ZnFe₂O₄能溶于酸得到鐵離子，所以得到的金屬離子有：Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，
故答案為：增大硫酸的濃度或升高溫度、空氣攪拌等；Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺；
（3）凈化Ⅰ中H₂O₂參與反應是雙氧水具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，試劑X的作用是調節溶液PH，促進Fe³⁺水解生成氫氧化鐵沉淀除去，
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；調節溶液的pH，促進Fe³⁺水解；
（4）由甲可知，為電解裝置，C為陽極，發生4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，Cu為陰極，發生Cu²⁺+2e^-=Cu，總反應為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，結合乙可知，轉移4mol電子生成2molE，生成1molF，
①C為陽極，電極的電極反應式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
  ②由總反應可知，Cu與水的物質的量相同，則E表示反應消耗水的物質的量，由電子與物質的物質的量的關系可知E表示反應生成鋅的物質的量，也可以為生成硫酸的物質的量，
故答案為：消耗水的物質的量、生成Zn的物質的量、生成硫酸的物質的量．

點評 本題考查物質的分離和提純，為高考高頻點，側重考查學生分析、判斷、知識運用及基本操作能力，能從整體上分析解答，知道流程圖中每個步驟發生的反應、操作方法，題目難度中等．