Question

5．将“废杂铜烟尘”用硫酸吸收浸取，既可保护环境又可得到用途广泛的高纯硫酸锌．已知烟尘中主要含ZnO，还有少量的FeO、Fe₂O₃、CuO、MnO．制备工艺流程如图：
（1）硫酸锌溶液滴入石蕊试液，溶液变红，其原因是Zn²⁺水解使溶液显酸性，Zn²⁺+2H₂O?Zn（OH）₂+2H⁺．
（2）H₂O₂氧化Fe²⁺的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）“除铁”时，溶液的pH应调整到3.2～5.2（相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH及沉淀完全的pH，金属离子开始沉淀时的浓度为1mol•L^-1）．

金属离子	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Zn2+	5.5	8.0
Cu2+	5.2	6.7
Fe2+	5.8	8.8

（4）“除锰”时溶液中发生反应的化学方程式为MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂↓+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄或MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂↓+2NH₄HSO₄+H₂SO₄．
（5）试剂X为Zn粉．
（6）由ZnSO₄溶液需经过：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤及干燥得ZnSO₄•7H₂O．

Answer 1

分析 烟尘中主要含ZnO，还有少量的FeO、Fe₂O₃、CuO、MnO，加入硫酸溶解得到溶液中含有FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄、MnSO₄，ZnSO₄，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液PH使铁离子全部沉淀，过滤得到滤液中加入（NH₄）₂S₂O₈，除去锰过滤得到MnO₂，在溶液中加入过量锌粉生成金属铜过滤得到金属铜和锌，滤液中为硫酸锌，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到ZnSO₄•7H₂O；
（1）硫酸锌溶液滴入石蕊试液，溶液变红，是因为锌离子水解的原因；
（2）H₂O₂在酸性溶液中氧化Fe²⁺为铁离子；
（3）分析图表数据使铁离子沉淀且不沉淀Cu²⁺、Zn²⁺，调节溶液PH在3.2～5.2；
（4）“除锰”时溶液中发生的反应加入（NH₄）₂S₂O₈氧化MnSO₄，生成二氧化锰；
（5）过程分析可知，加入试剂X是置换铜除去；
（6）硫酸锌溶液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到ZnSO₄•7H₂O．

解答 解：烟尘中主要含ZnO，还有少量的FeO、Fe₂O₃、CuO、MnO，加入硫酸溶解得到溶液中含有FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄、MnSO₄，ZnSO₄，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液PH使铁离子全部沉淀，过滤得到滤液中加入（NH₄）₂S₂O₈，除去锰过滤得到MnO₂，在溶液中加入过量锌粉生成金属铜过滤得到金属铜和锌，滤液中为硫酸锌，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到ZnSO₄•7H₂O；
（1）硫酸锌溶液滴入石蕊试液，溶液变红，是因为锌离子水解的原因，Zn²⁺水解使溶液显酸性，Zn²⁺+2H₂O?Zn（OH）₂+2H⁺，
故答案为：Zn²⁺水解使溶液显酸性，Zn²⁺+2H₂O?Zn（OH）₂+2H⁺；
（2）H₂O₂在酸性溶液中氧化Fe²⁺为铁离子，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）分析图表数据使铁离子沉淀且不沉淀Cu²⁺、Zn²⁺，调节溶液PH在3.2～5.2沉淀铁离子，铜离子和锌离子，
故答案为：3.2～5.2；
（4）“除锰”时溶液中发生的反应加入（NH₄）₂S₂O₈氧化MnSO₄，生成二氧化锰，反应的离子方程式为；MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂↓+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄或：MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂↓+2NH₄HSO₄+H₂SO₄，
故答案为；MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂↓+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄或：MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂↓+2NH₄HSO₄+H₂SO₄；
（5）除锰后的溶液中，加入试剂X是置换铜除去且不引入锌的杂质，所以应加入过量的锌完全置换铜，过滤得到硫酸锌溶液，故答案为：Zn粉；
（6）溶液中得到溶质固体的方法为，硫酸锌溶液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到ZnSO₄•7H₂O．故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶．

点评 本题考查了物质分离的方法和提纯过程分析判断，试剂选择和除杂的溶液PH分析判断，主要是离子性质分析，离子方程式书写，掌握基础是关键，题目难度中等．