Question

8．某研究小組從一含鋅廢渣（質量百分組成：40.5%ZnO、19.5%CuO、5.7%FeO、7.3% Fe₂O₃，其余為SiO₂）中回收鋅和銅，設計以工業廢酸（含15%的H₂SO₄）為酸浸液的方案，其流程如下圖（部分條件略）：已知堿式碳酸鋅的化學式為Zn（OH）₂•ZnCO₃．

部分離子以氫氧化物形式開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表：

離子	Fe2+	Fe3+	Cu2+
開始沉淀時的pH（初始濃度為1.0mol/L）	6.5	1.5	4.2
沉淀完全時的pH	9.7	3.2	6.7

請回答下列問題：
（1）常溫下二價鋅在水溶液中的存在形式與pH的關系如圖，橫坐標為溶液的pH，縱坐標為Zn²⁺或Zn（OH）₄^2-（配離子）物質的量濃度的對數（假設Zn²⁺離子濃度為10^-5mol•L^-1時，Zn²⁺離子已沉淀完全）．
利用圖中數據計算，Ksp[Zn（OH）₂]=1×10^-17．
（2）寫出試劑a、b的化學式：a：ZnO或Zn（OH）₂；b：Zn．
（3）寫出加入H₂O₂后發生反應的離子反應方程式：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（4）寫出沉鋅過程中的離子反應方程式：2Zn²⁺+4HCO₃^-=Zn（OH）₂•ZnCO₃↓+3CO₂↑+H₂O，沉鋅后溶液中主要溶質的化學式是（NH₄）₂SO₄．
                                      
（5）將堿式碳酸鋅加熱分解可得到具有催化性能的活性氧化鋅，可用于催化尿素與甲醇合成碳酸二甲酯（DMC）的反應．寫出堿式碳酸鋅受熱分解的化學方程式Zn（OH）₂•ZnCO₃=2ZnO+CO₂↑+H₂O．
（6）利用氯化鋅溶液與碳酸鈉溶液反應制得的碳酸鋅中混有堿式碳酸鋅，某同學取一定質量的該固體，灼燒至恒重，能否通過固體質量的減少量來確定固體的成分？能 （填“能”或“否”）

Answer 1

分析 生產Zn（NO₃）₂•6H₂O晶體，其工藝流程為：冶煉鋅廢渣中的鋅（40.5%ZnO、19.5%CuO、5.7%FeO、7.3% Fe₂O₃，其余為SiO₂），加入酸，溶解，加ZnO或Zn（OH）₂消耗溶液中的氫離子調節PH，再加入適量H₂O₂溶液，目的是將未被氧化的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后過濾，后得到濾液含有Zn²⁺、Cu²⁺，再加Zn粉把銅離子置換為Cu，過濾，過濾得到硫酸鋅溶液，在濾液中加碳酸氫銨，生成堿式碳酸鋅，過濾得到堿式碳酸鋅；
（1）根據圖2可知，當pH=7時，c（Zn²⁺）=10^-3mol/L，根據Ksp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）×c²（OH^-）計算；
（2）根據流程分析判斷試劑a、b；
（3）H₂O₂與Fe²⁺反應生成水和鐵離子；
（4）硫酸鋅與碳酸氫銨反應生成堿式碳酸鋅和二氧化碳、水；
（5）堿式碳酸鋅受熱分解生成ZnO、二氧化碳和水；
（6）灼燒時ZnCO₃不分解，堿式碳酸鋅分解，根據物質灼燒前后質量的變化確定生成的二氧化碳和水的質量，然后求出堿式碳酸鋅的質量．

解答 解：生產Zn（NO₃）₂•6H₂O晶體，其工藝流程為：冶煉鋅廢渣中的鋅（40.5%ZnO、19.5%CuO、5.7%FeO、7.3% Fe₂O₃，其余為SiO₂），加入酸，溶解，加ZnO或Zn（OH）₂消耗溶液中的氫離子調節PH，再加入適量H₂O₂溶液，目的是將未被氧化的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后過濾，后得到濾液含有Zn²⁺、Cu²⁺，再加Zn粉把銅離子置換為Cu，過濾，過濾得到硫酸鋅溶液，在濾液中加碳酸氫銨，生成堿式碳酸鋅，過濾得到堿式碳酸鋅；
（1）根據圖2可知，當pH=7時，c（Zn²⁺）=10^-3mol/L，Ksp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）×c²（OH^-）=10^-3×（10^-7）²=1×10^-17，故答案為：1×10^-17；
（2）根據流程分析可知試劑a用于調節溶液的pH，但不能引入雜質，所以a為ZnO或Zn（OH）₂，b試劑用于置換銅離子，則b為Zn，故答案為：ZnO或Zn（OH）₂；Zn；
（3）H₂O₂與Fe²⁺反應生成水和鐵離子，其飯的離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（4）硫酸鋅與碳酸氫銨反應生成堿式碳酸鋅和二氧化碳、水、硫酸銨，其反應的離子方程式為：2Zn²⁺+4HCO₃^-=Zn（OH）₂•ZnCO₃↓+3CO₂↑+H₂O；反應后生成產物留在溶液中的主要是硫酸銨；
故答案為：2Zn²⁺+4HCO₃^-=Zn（OH）₂•ZnCO₃↓+3CO₂↑+H₂O；（NH₄）₂SO₄；
（5）將堿式碳酸鋅加熱分解可得到具有催化性能的活性氧化鋅，另外還有二氧化碳和水，其反應方程式為Zn（OH）₂•ZnCO₃=2ZnO+CO₂↑+H₂O，
故答案為：Zn（OH）₂•ZnCO₃=2ZnO+CO₂↑+H₂O；
（6）灼燒時ZnCO₃不分解，堿式碳酸鋅分解Zn（OH）₂•ZnCO₃=2ZnO+CO₂↑+H₂O，根據物質灼燒前后質量的變化確定生成的二氧化碳和水的質量，然后求出堿式碳酸鋅的質量，所以能通過固體質量的減少量來確定固體的成分，故答案為：能．

點評 本題考查晶體的制備及混合物的分離、提純，注意已知信息與所學知識的結合來分析解答問題，除雜流程及表格數據是解答本題的關鍵，題目難度中等，側重于考查學生的實驗能力和對基礎知識的綜合應用能力．