Question

19．硫酸锌和轻质氧化镁在工业生产及食品添加等领域有重要应用．用高镁菱锌矿（主要含ZnCO₃、MgCO₃、CaCO₃以及少量SiO₂、Fe₂O₃、Cu等）进行联合生产．流程如图1：

已知：金属离子沉淀的pH

	Zn2+	Mg2+	Cu2+	Fe3+	Fe2+
开始沉淀pH	5.9	9.4	4.7	2.7	7.6
完全沉淀pH	8.2	12.4	6.7	3.7	9.6

（1）写出浸取过程中产生Fe²⁺的离子方程式Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺．
（2）下列说法正确的是acd．
a．用浓盐酸浸取前，将矿石粉碎能够提高浸出速率．
b．试剂X可以选择氨水，pH的范围在8.2～12.4之间．
c．控制温度在90℃以上的目的是为了促进Zn²⁺的水解．
d．滤渣中加入硫酸后再加入锌粉是为了出去Cu²⁺．
（3）由Fe²⁺生成针铁矿渣的离子反应方程式2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH+Cl^-+4H⁺．
（4）从滤液3中获取ZnSO₄•7H₂O的操作1是加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（5）加入氨水制备氢氧化镁的工艺过程要选择适宜条件．图2为反应温度与Mg²⁺转化率的关系．
①根据图中所示45℃前温度与Mg²⁺转化率之间的关系，可判断此反应是吸热（填“吸热”或“放热”）反应．
②50℃以上温度升高，Mg²⁺转化率下降的原因可能是温度过高时，氨水受热分解，浓度降低，Mg²⁺转化率下降．
③为了获取副产品CaCl₂，经常用石灰乳代替氨水来制备氢氧化镁．用平衡移动原理解释石灰乳能够制备氢氧化镁的原因石灰乳中存在Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq），Mg²⁺可以与OH^-反应生成更难溶的Mg（OH）₂，使得OH^-浓度不断下降，平衡右移，最终从Ca（OH）₂转化为Mg（OH）₂．

Answer 1

分析 高镁菱锌矿（主要含ZnCO₃、MgCO₃、CaCO₃以及少量SiO₂、Fe₂O₃、Cu等）加入浓盐酸调节溶液PH=1，Fe₂O₃、ZnCO₃、MgCO₃、CaCO₃溶解，少量SiO₂不溶解，铜和氯化铁溶液反应生成氯化亚铁，过滤得到浸取液中主要是FeCl₃、FeCl₂、ZnCl₂、MgCl₂、CuCl₂、CaCl₂，加入漂白粉调节溶液PH=4-5，除去铁离子和亚铁离子，过滤得到滤渣FeOOH，得到滤液1中加入试剂X可以选择氨水，pH的范围在8.2～9.4之间使锌、铜离子沉淀完全，控制温度在90℃以上的目的是为了促进Zn²⁺的水解，过滤得到滤渣主要是氢氧化锌和氢氧化铜，加入硫酸溶解后加入锌粉可以置换出铜，过滤除去铜得到滤液3为硫酸锌溶液，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥等操作得到硫酸锌晶体，滤液2主要是镁离子，加入氨水过滤洗涤干燥得到氢氧化镁沉淀灼烧得到轻质氧化镁，
（1）浸取过程中产生Fe²⁺的反应为氧化铁溶于盐酸生成氯化铁溶液，氯化铁溶液和铜反应生成氯化亚铁和氯化铜；
（2）a．矿石粉碎能增大接触面积加快溶解速率；
b．试剂X可以选择氨水，pH的范围在8.2～9.4之间，使锌、铜离子沉淀完全；
c．加热促进Zn²⁺的水解；
d．滤渣中加入硫酸后再加入锌粉发生反应置换出铜，除去铜离子；
（3）由Fe²⁺生成针铁矿渣的反应是加入的漂白粉中的次氯酸根离子氧化亚铁离子生成，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式；
（4）从滤液获取溶质的方法是依据物质溶解度随温度升高增大的特征，用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥得到；
（5）①根据图中所示50℃前温度与Mg²⁺转化率之间 的关系是随温度升高镁离子转化率增大，反应是吸热反应；
②温度升高至50℃以上Mg²⁺转化率下降的可能原因是温度过高时，氨水受热分解，浓度降低，Mg²⁺转化率下降．

解答 解：高镁菱锌矿（主要含ZnCO₃、MgCO₃、CaCO₃以及少量SiO₂、Fe₂O₃、Cu等）加入浓盐酸调节溶液PH=1，Fe₂O₃、ZnCO₃、MgCO₃、CaCO₃溶解，少量SiO₂不溶解，铜和氯化铁溶液反应生成氯化亚铁，过滤得到浸取液中主要是FeCl₃、FeCl₂、ZnCl₂、MgCl₂、CuCl₂、CaCl₂，加入漂白粉调节溶液PH=4-5，除去铁离子和亚铁离子，过滤得到滤渣FeOOH，得到滤液1中加入试剂X可以选择氨水，pH的范围在8.2～9.4之间使锌、铜离子沉淀完全，控制温度在90℃以上的目的是为了促进Zn²⁺的水解，过滤得到滤渣主要是氢氧化锌和氢氧化铜，加入硫酸溶解后加入锌粉可以置换出铜，过滤除去铜得到滤液3为硫酸锌溶液，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥等操作得到硫酸锌晶体，滤液2主要是镁离子，加入氨水过滤洗涤干燥得到氢氧化镁沉淀灼烧得到轻质氧化镁，
（1）浸取过程中产生Fe²⁺的反应为氧化铁溶于盐酸生成氯化铁溶液，氯化铁溶液和铜反应生成氯化亚铁和氯化铜，反应的离子方程式为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）a．用浓盐酸浸取前，将矿石粉碎增大接触面积，能够提高浸出速率，故a正确；
b．试剂X可以选择氨水，图表数据分析可知，pH的范围在8.2～9.4之间，可以使锌、铜离子沉淀完全，锌离子不沉淀，故b错误；
c．控制温度在90℃以上的目的是为了促进Zn²⁺的水解，生成氢氧化锌，故c正确；
d．滤渣中加入硫酸后再加入锌粉是为了除去Cu²⁺，发生反应Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，过滤除去，故d正确；
故答案为：acd；
（3）由Fe²⁺生成针铁矿渣的反应是加入的漂白粉中的次氯酸根离子氧化亚铁离子生成，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式为：2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH+Cl^-+4H⁺，
故答案为：2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH+Cl^-+4H⁺；
（4）加热浓缩、冷却结晶；（5）①根据图中所示50℃前温度与Mg²⁺转化率之间 的关系是随温度升高镁离子转化率增大，反应是吸热反应；故答案为：吸热；
②图中，温度升高至50℃以上Mg²⁺转化率下降的可能原因是温度过高时，氨水受热分解，浓度降低，Mg²⁺转化率下降，
故答案为：温度过高时，氨水受热分解，浓度降低，Mg²⁺转化率下降；
③用石灰乳代替氨水来制备氢氧化镁是因为：石灰乳中存在Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq），Mg²⁺可以与OH^-反应生成更难溶的Mg（OH）₂，使得OH^-浓度不断下降，平衡右移，最终从Ca（OH）₂转化为Mg（OH）₂，
故答案为：石灰乳中存在Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq），Mg²⁺可以与OH^-反应生成更难溶的Mg（OH）₂，使得OH^-浓度不断下降，平衡右移，最终从Ca（OH）₂转化为Mg（OH）₂．

点评 本题考查了物质的分离提纯方法，离子选择和离子除杂的实验过程分析判断，主要是实验设计和实验操作的熟练掌握，题目难度中等．