Question

8．某研究小组从一含锌废渣（质量百分组成：40.5%ZnO、19.5%CuO、5.7%FeO、7.3% Fe₂O₃，其余为SiO₂）中回收锌和铜，设计以工业废酸（含15%的H₂SO₄）为酸浸液的方案，其流程如下图（部分条件略）：已知碱式碳酸锌的化学式为Zn（OH）₂•ZnCO₃．

部分离子以氢氧化物形式开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表：

离子	Fe2+	Fe3+	Cu2+
开始沉淀时的pH（初始浓度为1.0mol/L）	6.5	1.5	4.2
沉淀完全时的pH	9.7	3.2	6.7

请回答下列问题：
（1）常温下二价锌在水溶液中的存在形式与pH的关系如图，横坐标为溶液的pH，纵坐标为Zn²⁺或Zn（OH）₄^2-（配离子）物质的量浓度的对数（假设Zn²⁺离子浓度为10^-5mol•L^-1时，Zn²⁺离子已沉淀完全）．
利用图中数据计算，Ksp[Zn（OH）₂]=1×10^-17．
（2）写出试剂a、b的化学式：a：ZnO或Zn（OH）₂；b：Zn．
（3）写出加入H₂O₂后发生反应的离子反应方程式：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（4）写出沉锌过程中的离子反应方程式：2Zn²⁺+4HCO₃^-=Zn（OH）₂•ZnCO₃↓+3CO₂↑+H₂O，沉锌后溶液中主要溶质的化学式是（NH₄）₂SO₄．
                                      
（5）将碱式碳酸锌加热分解可得到具有催化性能的活性氧化锌，可用于催化尿素与甲醇合成碳酸二甲酯（DMC）的反应．写出碱式碳酸锌受热分解的化学方程式Zn（OH）₂•ZnCO₃=2ZnO+CO₂↑+H₂O．
（6）利用氯化锌溶液与碳酸钠溶液反应制得的碳酸锌中混有碱式碳酸锌，某同学取一定质量的该固体，灼烧至恒重，能否通过固体质量的减少量来确定固体的成分？能 （填“能”或“否”）

Answer 1

分析 生产Zn（NO₃）₂•6H₂O晶体，其工艺流程为：冶炼锌废渣中的锌（40.5%ZnO、19.5%CuO、5.7%FeO、7.3% Fe₂O₃，其余为SiO₂），加入酸，溶解，加ZnO或Zn（OH）₂消耗溶液中的氢离子调节PH，再加入适量H₂O₂溶液，目的是将未被氧化的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后过滤，后得到滤液含有Zn²⁺、Cu²⁺，再加Zn粉把铜离子置换为Cu，过滤，过滤得到硫酸锌溶液，在滤液中加碳酸氢铵，生成碱式碳酸锌，过滤得到碱式碳酸锌；
（1）根据图2可知，当pH=7时，c（Zn²⁺）=10^-3mol/L，根据Ksp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）×c²（OH^-）计算；
（2）根据流程分析判断试剂a、b；
（3）H₂O₂与Fe²⁺反应生成水和铁离子；
（4）硫酸锌与碳酸氢铵反应生成碱式碳酸锌和二氧化碳、水；
（5）碱式碳酸锌受热分解生成ZnO、二氧化碳和水；
（6）灼烧时ZnCO₃不分解，碱式碳酸锌分解，根据物质灼烧前后质量的变化确定生成的二氧化碳和水的质量，然后求出碱式碳酸锌的质量．

解答 解：生产Zn（NO₃）₂•6H₂O晶体，其工艺流程为：冶炼锌废渣中的锌（40.5%ZnO、19.5%CuO、5.7%FeO、7.3% Fe₂O₃，其余为SiO₂），加入酸，溶解，加ZnO或Zn（OH）₂消耗溶液中的氢离子调节PH，再加入适量H₂O₂溶液，目的是将未被氧化的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后过滤，后得到滤液含有Zn²⁺、Cu²⁺，再加Zn粉把铜离子置换为Cu，过滤，过滤得到硫酸锌溶液，在滤液中加碳酸氢铵，生成碱式碳酸锌，过滤得到碱式碳酸锌；
（1）根据图2可知，当pH=7时，c（Zn²⁺）=10^-3mol/L，Ksp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）×c²（OH^-）=10^-3×（10^-7）²=1×10^-17，故答案为：1×10^-17；
（2）根据流程分析可知试剂a用于调节溶液的pH，但不能引入杂质，所以a为ZnO或Zn（OH）₂，b试剂用于置换铜离子，则b为Zn，故答案为：ZnO或Zn（OH）₂；Zn；
（3）H₂O₂与Fe²⁺反应生成水和铁离子，其饭的离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（4）硫酸锌与碳酸氢铵反应生成碱式碳酸锌和二氧化碳、水、硫酸铵，其反应的离子方程式为：2Zn²⁺+4HCO₃^-=Zn（OH）₂•ZnCO₃↓+3CO₂↑+H₂O；反应后生成产物留在溶液中的主要是硫酸铵；
故答案为：2Zn²⁺+4HCO₃^-=Zn（OH）₂•ZnCO₃↓+3CO₂↑+H₂O；（NH₄）₂SO₄；
（5）将碱式碳酸锌加热分解可得到具有催化性能的活性氧化锌，另外还有二氧化碳和水，其反应方程式为Zn（OH）₂•ZnCO₃=2ZnO+CO₂↑+H₂O，
故答案为：Zn（OH）₂•ZnCO₃=2ZnO+CO₂↑+H₂O；
（6）灼烧时ZnCO₃不分解，碱式碳酸锌分解Zn（OH）₂•ZnCO₃=2ZnO+CO₂↑+H₂O，根据物质灼烧前后质量的变化确定生成的二氧化碳和水的质量，然后求出碱式碳酸锌的质量，所以能通过固体质量的减少量来确定固体的成分，故答案为：能．

点评 本题考查晶体的制备及混合物的分离、提纯，注意已知信息与所学知识的结合来分析解答问题，除杂流程及表格数据是解答本题的关键，题目难度中等，侧重于考查学生的实验能力和对基础知识的综合应用能力．