Question

11．硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料．工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO₃，并含少量的Fe₂O₃、FeCO₃、MgO、CaO等，生产工艺流程示意如下：

（1）将菱锌矿研磨成粉的目的是增大反应物接触面积，使反应更加充分．
（2）针铁矿（Goethite）是以德国诗人歌德（Goethe）名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是FeO（OH）．
（3）根据下表数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为8.0≤pH＜10.4．

	Mg（OH）2	Zn（OH）2	MgCO3	CaCO3
开始沉淀的pH	10.4	6.4	-	-
沉淀完全的pH	12.4	8.0	-	-
开始溶解的pH	-	10.5	-	-

（4）工业上从“滤液3”制取MgO过程中，最合适的反应物是B（选填序号）．
A、大理石粉     B、石灰乳      C、纯碱溶液        D、烧碱溶液
“滤液4”之后的操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，洗涤，干燥．
（5）分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO₃ 的质量分数不低于$\frac{125{m}_{2}}{{m}_{1}}$．

Answer 1

分析 菱锌矿的主要成分是ZnCO₃，并含少量的Fe₂O₃、FeCO₃、MgO、CaO等，加入过量浓盐酸溶解，过滤除去不溶物，滤液中含有氯化锌、氯化铁、氯化亚铁、氯化镁、氯化钙及为反应的HCl，加入漂白粉将二价铁氧化为三价铁，调节pH得到氢氧化铁沉淀，过滤分离后，再调节滤液pH得到Zn（OH）₂沉淀，且不能生成Mg（OH）₂．氢氧化锌用硫酸溶解，用Zn粉除去过量的硫酸，将溶液蒸发、结晶、过滤后洗涤并干燥得到晶体．
（1）增大反应物接触面积，充分反应；
（2）组成元素是Fe、O、H，化学式量为89，其中铁的相对原子量为56，化学式中只能含有1个Fe原子、2个氧原子和1个氢原子；
（3）调节滤液pH得到Zn（OH）₂沉淀，且不能生成Mg（OH）₂；
（4）从“滤液3”制取MgO过程中，应先转化为Mg（OH）₂，使用石灰乳最经济；
从溶液中获得干燥纯净的晶体一般有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作；
（5）根据沉淀2中ZnO的质量利用关系式ZnCO₃～ZnO计算菱锌矿粉中ZnCO₃ 的质量，可得菱锌矿粉中ZnCO₃ 的质量分数．

解答 解：菱锌矿的主要成分是ZnCO₃，并含少量的Fe₂O₃、FeCO₃、MgO、CaO等，加入过量浓盐酸溶解，过滤除去不溶物，滤液中含有氯化锌、氯化铁、氯化亚铁、氯化镁、氯化钙及为反应的HCl，加入漂白粉将二价铁氧化为三价铁，调节pH得到氢氧化铁沉淀，过滤分离后，再调节滤液pH得到Zn（OH）₂沉淀，且不能生成Mg（OH）₂．氢氧化锌用硫酸溶解，用Zn粉除去过量的硫酸，将溶液蒸发、结晶、过滤后洗涤并干燥得到晶体．
（1）将菱锌矿研磨成粉，增大反应物接触面积，充分反应，提高浸取效率，
故答案为：增大反应物接触面积，使反应更加充分；
（2）组成元素是Fe、O、H，化学式量为89，其中铁的相对原子量为56，化学式中只能含有1个Fe原子、2个氧原子和1个氢原子，所以可能的组成为FeO（OH），
故答案为：FeO（OH）；
（3）调节滤液2的pH得到Zn（OH）₂沉淀而不生成Mg（OH）₂，由Mg（OH）₂开始沉淀时的pH、Zn（OH）₂沉淀完全时的pH，pH应介于8.0≤pH＜10.4，
故答案为：8.0≤pH＜10.4；
（4）从“滤液3”制取MgO过程中，应先转化为Mg（OH）₂，使用石灰乳最经济，
“滤液4”之后的操作目的是得到纯净的固体，应将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤并干燥，
故答案为：B；蒸发浓缩、冷却结晶；
（5）菱锌矿转化可以得到m₂ Kg ZnO，则：
ZnCO₃～ZnO
125    81
m     m₂Kg
ZnCO₃的质量m=$\frac{125{m}_{2}}{81}$Kg，ZnCO₃的质量分数为$\frac{\frac{125{m}_{2}}{81}Kg}{{m}_{1}Kg}$=$\frac{125{m}_{2}}{{m}_{1}}$，
故答案为：$\frac{125{m}_{2}}{{m}_{1}}$．

点评 本题是物质制备工艺流程题，主要依据流程图中涉及的化学知识、化学原理来设计问题，（5）中注意过程中加入锌粉，不能利用硫酸锌晶体的质量计算，是对学生综合能力的考查．