Question

3．湿化学法（NPP-法）制备纳米级活性氧化锌，可以用氧化锌粗品（含有FeO、Fe₂O₃、CuO杂质）为原料，采用酸浸出锌，经过多次净化除去原料中的杂质，然后沉淀获得碱式碳酸锌，最后焙烧获得活性氧化锌．其化学工艺流程如图：

已知：溶液中Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺以氢氧化物的形式沉淀时的pH如表：

离子	开始沉 淀的pH	完全沉 淀的pH
Fe2+	6.4	8.4
Fe3+	2.7	3.2
Cu2+	5.2	6.7
Zn2+	6.8	9.0

（1）实验室用98%浓H₂SO₄（ρ=1.84g/cm³）来配制100ml 2.5mol/L稀H₂SO₄所需的玻璃仪器有烧杯、胶头滴管、00mL容量瓶、量筒、玻璃棒．
（2）上述流程图中pH=12的Na₂CO₃溶液中阴离子的浓度由大到小的顺序为c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）．
（3）滤渣1是Fe（OH）₃（填化学式，下同），滤渣2是Cu、Zn．加入H₂O₂时发生反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）“沉淀”得到ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，“煅烧”在450～500℃下进行，“煅烧”反应的化学方程式为ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑．

Answer 1

分析 由实验流程可知，氧化锌粗品（含有FeO、Fe₂O₃、CuO杂质），用硫酸浸出锌，得溶液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺，再加入双氧水将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，调节pH值，使Fe³⁺生成滤渣1为氢氧化铁，过滤除杂，得到滤液的中加入足量的锌，置换出铜，得滤渣2为铜和过量的锌，滤液中含锌离子，与加入的Na₂CO₃溶液反应生成碱式碳酸锌，最后焙解获得活性氧化锌，
（1）根据配制一定物质的浓度的溶液的操作要求可知，实验过程需要用到的玻璃仪器；
（2）Na₂CO₃溶液中碳酸根离子发生水解，使溶液呈碱性，且一级水解程度大于二级水解；
（3）根据上面的分析可知滤渣的成份；加入H₂O₂时亚铁离子在酸性条件下与双氧水发生氧化还原反应生成铁离子和水；
（4）“煅烧”反应生成ZnO、二氧化碳和水．

解答 解由实验流程可知，氧化锌粗品（含有FeO、Fe₂O₃、CuO杂质），用硫酸浸出锌，得溶液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺，再加入双氧水将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，调节pH值，使Fe³⁺生成滤渣1为氢氧化铁，过滤除杂，得到滤液的中加入足量的锌，置换出铜，得滤渣2为铜和过量的锌，滤液中含锌离子，与加 入的Na₂CO₃溶液反应生成碱式碳酸锌，最后焙解获得活性氧化锌，
（1）根据配制一定物质的浓度的溶液的操作要求可知，实验过程需要用到的玻璃仪器有烧杯、胶头滴管、00mL容量瓶、量筒、玻璃棒，
故答案为：00mL容量瓶、量筒、玻璃棒；
（2）Na₂CO₃溶液中碳酸根离子发生水解，使溶液呈碱性，且一级水解程度大于二级水解，所以pH=12的Na₂CO₃溶液中阴离子的浓度由大到小的顺序为c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-），
故答案为：c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）；
（3）根据上面的分析可知滤渣1为氢氧化铁，化学式为Fe（OH）₃，滤渣2为Cu、Zn，加入H₂O₂时亚铁离子在酸性条件下与双氧水发生氧化还原反应生成铁离子和水，反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：Fe（OH）₃；Cu、Zn；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）“煅烧”反应生成ZnO、二氧化碳和水，反应为ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑，
故答案为：ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、阅读获取信息能力、对操作步骤的分析评价、物质的分离提纯、氧化还原反应计算等，是对所学知识的综合运用与能力的考查，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识、信息进行解决问题的能力，题目难度中等．