Question

19．某研究小组利用废弃的氧化铜锌矿（主要成分为CuO、ZnO、Fe₂O₃，还含有少量的CuS和ZnS等）制取活性ZnO，实验流程如图：

已知各离子开始沉淀及完全沉淀时的pH如下表所示：

离子	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe2+	6.3	9.7
Fe3+	1.4	3.2
Zri2+	6.2	8.0

回答下列问题：
（1）在“酸浸”步骤中，为提高浸出速率，可以采取的措施是粉碎矿石、搅拌、适当增大酸浓度适当升高温度；“浸渣”中只含有CuS，则相同温度下：K_sp（CuS）＜（填“＞”、“＜”或“=”）K_sp（ZnS）．
（2）酸浸后加入铁粉可发生多个反应，其中属于化合反应的化学方程式是Fe₂（SO₄）₃+Fe═3FeSO₄．
（3）除铁过程中物质A应使用下列物质中的b（填字母）；该过程中加入氨水的目的是调节溶液的pH，pH应控制在3.2≤pH＜6.2范围之间．
a．KMnO₄    b．H₂O₂    C．NaCIO
（4）证明Zn₂（OH）₂CO₃已洗净的方法是取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化的硝酸钡溶液，无沉淀生成，说明已洗净．
（5）在强碱性环境中，Fe（OH）₃可被KCIO溶液氧化得到一种高效的多功能水处理剂K₂FeO₄．将除铁后得到的10.7g Fe（OH）₃全部氧化，至少需要1mo1•L^-l KC1O溶液150mL．

Answer 1

分析 某研究小组利用废弃的氧化铜锌矿（主要成分为CuO、ZnO、Fe₂O₃，还含有少量的CuS和ZnS等）制取活性ZnO，根据流程图分析，废弃的氧化铜锌矿中含有CuO、ZnO、Fe₂O₃，及少量的CuS和ZnS，加入10%的硫酸酸浸，产生Cu²⁺，Zn²⁺，Fe³⁺，过量的H₂SO₄，ZnS溶解，CuS作为滤渣过滤除去；加入Fe，置换出Cu，过滤掉Cu，Fe还原Fe³⁺生成Fe²⁺，此时溶液中存在Zn²⁺，Fe²⁺，SO₄^2-，加入A物质和氨水出铁，产生Fe（OH）₃沉淀，则A为某氧化剂，考虑到除杂不引入其他杂质，则A应选用H₂O₂，还原被还原成H₂O，多余的H₂O₂加热即可除去，此时溶液中存在ZnSO₄，过量的氨水；加入NH₄HCO₃和氨水沉淀Zn²⁺，沉淀产物为Zn₂（OH）₂CO₃，过滤出碱式碳酸锌，经过焙烧产生活性ZnO达到生产目的，据此分析解答．

解答 解：（1）在“酸浸”步骤中，为提高浸出速率，可以采取的措施是粉碎矿石、搅拌、适当增大酸浓度，还可以从反应速率角度考虑，适当升高温度也可以达到目的，“浸渣”中只含有CuS，表明CuS比ZnS更难溶，二者为同类型难溶物质，可以直接根据溶解性比较K_sp，则则相同温度下：K_sp（CuS）＜K_sp（ZnS），
故答案为：适当升高温度；＜；
（2）酸浸后加入铁粉可发生多个反应，有置换反应，Fe置换出Cu，Fe还原Fe³⁺生成Fe²⁺，其中属于化合反应的为Fe还原Fe³⁺生成Fe²⁺，因此反应的化学方程式为：Fe₂（SO₄）₃+Fe═3FeSO₄，
故答案为：Fe₂（SO₄）₃+Fe═3FeSO₄；
（3）除铁过程中物质A为氧化剂，考虑到除杂不引入新的杂质，则应选用H₂O₂，H₂O₂被还原为H₂O，没有引入新杂质，过量的H₂O₂加热除去即可，故选b，
该过程中加入氨水的目的是调节溶液的pH，使Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀除去杂质Fe³⁺，溶液中还存在Zn²⁺，不能使Zn²⁺形成Zn（OH）₂沉淀，使Fe³⁺完全形成Fe（OH）₃沉淀，综合考虑，应控制溶液的pH的范围在3.2≤pH＜6.2之间，
故答案为：b；3.2≤pH＜6.2；
（4）证明Zn₂（OH）₂CO₃已洗净，主要是检验碱式碳酸锌是否还沾有SO₄^2-，在本实验流程中，由于没有其他离子的干扰，可采用加入硝酸酸化的硝酸钡检验，方法是取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化的硝酸钡溶液，无沉淀生成，说明已洗净，
故答案为：取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化的硝酸钡溶液，无沉淀生成，说明已洗净；
（5）在强碱性环境中，Fe（OH）₃可被KCIO溶液氧化得到一种高效的多功能水处理剂K₂FeO₄，将除铁后得到的10.7g Fe（OH）₃全部氧化，10.7gFe（OH）₃的物质的量为$\frac{10.7g}{107g/mol}$=0.1mol，反应为氧化还原反应，根据电子得失守恒，n（Fe）×（6-3）=n（Cl）×[1-（-1）]，根据Cl元素守恒，反应需要消耗KClO的物质的量为n（KClO）=$\frac{n[Fe（OH）_{3}]×3}{2}$=0.15mol，则至少需要1mo1/L的^-KC1O溶液的体积为V=$\frac{n（KClO）}{c}$=$\frac{0.15mol}{1mol/L}$=0.15L=150mL，
故答案为：150．

点评 本题考查无机工艺流程，根据流程图分析，明确流程中每步发生的反应是解题的关键，注意除杂时不能除去需要的物质，不能引入新的杂质，这是易错点，题目难度中等．