Question

3．硫酸锌是制备荧光粉的原料之一．工业上由锌白矿（主要成分是ZnO，还含有Fe₂O₃、CuO、SiO₂等杂质）制备ZnSO₄•7H₂O的流程如下．

已知：常温下，溶液中的Fe³⁺、Zn²⁺、Fe²⁺以氢氧化物形式完全沉淀的pH分别为：3.7，6.5，9，7．
（1）浸取过程中提高浸出效率可采用的措施有将矿石粉碎或提高浸取温度或适当增加酸的浓度等（任答一条），ZnO和硫酸反应的化学方程式为ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O．
（2）加入适量锌粉的作用为：①使溶液中的Fe³⁺转化为Fe²⁺；②除去Cu²⁺．
（3）氧化过程中H₂O₂发生反应的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）加入适量Ca（OH）₂调节溶液pH，促进Fe³⁺水解，Fe³⁺水解反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$，Ca（OH）₂不能过量的原因是防止生成Zn（OH）₂．

Answer 1

分析 锌白矿中加入稀硫酸浸取，ZnO、Fe₂O₃、CuO分别和稀硫酸反应生成ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄，SiO₂和稀硫酸不反应，然后过滤，得到的滤液中含有ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄、H₂SO₄，向滤液中混入Zn，将Fe³⁺还原为Fe²⁺，得到Cu沉淀，然后过滤，得到的滤液中含有ZnSO₄、FeSO₄，向滤液中加入双氧水，双氧水将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，向溶液中加入少量氢氧化钙，溶液pH升高，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，如果过滤，得到的滤液中含有ZnSO₄，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到ZnS0₄•7H₂O．
（1）根据影响化学反应速率的因素；根据金属氧化物与酸反应生成盐和水；
（2）根据锌能和铜离子反应生成锌离子和铜，除去了铜离子；
（3）根据Fe²⁺能被H₂O₂氧化生成Fe³⁺，H₂O₂被还原成水；
（4）根据化学平衡常数是平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，注意当平衡中有固体物质以及水时，在平衡常数表达式中，就不写固体的浓度，水分子浓度；根据Ca（OH）₂能和锌离子发生反应生成氢氧化锌．

解答 解：锌白矿中加入稀硫酸浸取，ZnO、Fe₂O₃、CuO分别和稀硫酸反应生成ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄，SiO₂和稀硫酸不反应，然后过滤，得到的滤液中含有ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CuSO₄、H₂SO₄，向滤液中混入Zn，将Fe³⁺还原为Fe²⁺，得到Cu沉淀，然后过滤，得到的滤液中含有ZnSO₄、FeSO₄，向滤液中加入双氧水，双氧水将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，向溶液中加入少量氢氧化钙，溶液pH升高，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，如果过滤，得到的滤液中含有ZnSO₄，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到ZnS0₄•7H₂O．
（1）浸取过程中，为提高浸出效率可采用的措施有，可将矿石粉碎或提高浸取时的温度，或适当增大酸的浓度等，ZnO与稀硫酸反应的化学方程式为ZnO+H₂SO₄（稀）═ZnSO₄+H₂O，
故答案为：将矿石粉碎（或提高浸取时的温度，或适当增大酸的浓度等合理答案均可）；ZnO+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂O；
（2）锌能和铜离子反应生成锌离子和铜，除去了铜离子，故答案为：除去Cu²⁺；
（3）Fe²⁺能被H₂O₂氧化生成Fe³⁺，H₂O₂被还原成水，方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（4）Fe³⁺水解反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$，Ca（OH）₂能和锌离子发生反应生成氢氧化锌，故答案为：$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$；防止生成Zn（OH）₂．

点评 本题以物质的制备为背景，考查了氧化还原反应、化学反应速率的影响因素、平衡常数等知识，明确物质的性质及实验步骤，知道流程图中发生的反应及基本操作方法、实验先后顺序等是解本题关键，题目难度中等．