Question

3．硫酸鋅是制備熒光粉的原料之一．工業上由鋅白礦（主要成分是ZnO，還含有Fe₂O₃、CuO、SiO₂等雜質）制備ZnSO₄•7H₂O的流程如下．

已知：常溫下，溶液中的Fe³⁺、Zn²⁺、Fe²⁺以氫氧化物形式完全沉淀的pH分別為：3.7，6.5，9，7．
（1）浸取過程中提高浸出效率可采用的措施有將礦石粉碎或提高浸取溫度或適當增加酸的濃度等（任答一條），ZnO和硫酸反應的化學方程式為ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O．
（2）加入適量鋅粉的作用為：①使溶液中的Fe³⁺轉化為Fe²⁺；②除去Cu²⁺．
（3）氧化過程中H₂O₂發生反應的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）加入適量Ca（OH）₂調節溶液pH，促進Fe³⁺水解，Fe³⁺水解反應的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$，Ca（OH）₂不能過量的原因是防止生成Zn（OH）₂．

Answer 1

分析 鋅白礦中加入稀硫酸浸取，ZnO、Fe₂O₃、CuO分別和稀硫酸反應生成ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄，SiO₂和稀硫酸不反應，然后過濾，得到的濾液中含有ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄、H₂SO₄，向濾液中混入Zn，將Fe³⁺還原為Fe²⁺，得到Cu沉淀，然后過濾，得到的濾液中含有ZnSO₄、FeSO₄，向濾液中加入雙氧水，雙氧水將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，向溶液中加入少量氫氧化鈣，溶液pH升高，鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，如果過濾，得到的濾液中含有ZnSO₄，將溶液蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到ZnS0₄•7H₂O．
（1）根據影響化學反應速率的因素；根據金屬氧化物與酸反應生成鹽和水；
（2）根據鋅能和銅離子反應生成鋅離子和銅，除去了銅離子；
（3）根據Fe²⁺能被H₂O₂氧化生成Fe³⁺，H₂O₂被還原成水；
（4）根據化學平衡常數是平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，注意當平衡中有固體物質以及水時，在平衡常數表達式中，就不寫固體的濃度，水分子濃度；根據Ca（OH）₂能和鋅離子發生反應生成氫氧化鋅．

解答 解：鋅白礦中加入稀硫酸浸取，ZnO、Fe₂O₃、CuO分別和稀硫酸反應生成ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄，SiO₂和稀硫酸不反應，然后過濾，得到的濾液中含有ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄、H₂SO₄，向濾液中混入Zn，將Fe³⁺還原為Fe²⁺，得到Cu沉淀，然后過濾，得到的濾液中含有ZnSO₄、FeSO₄，向濾液中加入雙氧水，雙氧水將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，向溶液中加入少量氫氧化鈣，溶液pH升高，鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，如果過濾，得到的濾液中含有ZnSO₄，將溶液蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到ZnS0₄•7H₂O．
（1）浸取過程中，為提高浸出效率可采用的措施有，可將礦石粉碎或提高浸取時的溫度，或適當增大酸的濃度等，ZnO與稀硫酸反應的化學方程式為ZnO+H₂SO₄（�。┄TZnSO₄+H₂O，
故答案為：將礦石粉碎（或提高浸取時的溫度，或適當增大酸的濃度等合理答案均可）；ZnO+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂O；
（2）鋅能和銅離子反應生成鋅離子和銅，除去了銅離子，故答案為：除去Cu²⁺；
（3）Fe²⁺能被H₂O₂氧化生成Fe³⁺，H₂O₂被還原成水，方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（4）Fe³⁺水解反應的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$，Ca（OH）₂能和鋅離子發生反應生成氫氧化鋅，故答案為：$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$；防止生成Zn（OH）₂．

點評 本題以物質的制備為背景，考查了氧化還原反應、化學反應速率的影響因素、平衡常數等知識，明確物質的性質及實驗步驟，知道流程圖中發生的反應及基本操作方法、實驗先后順序等是解本題關鍵，題目難度中等．