Question

16．锌钡白是一种白色颜料．工业上是由ZnSO₄与BaS溶液混合而成：BaS+ZnSO₄═ZnS↓+BaSO₄↓．请根据以下工业生产流程回答有关问题．

Ⅰ．ZnSO₄溶液的制备与提纯：
有关资料：a．菱锌矿的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等；b．Zn（OH）₂与Al（OH）₃相似，能溶于过量的NaOH溶液生成Na₂ZnO₂；
（1）滤渣1的化学式为SiO₂；②中使用的氧化剂最好是下列的B（填序号）．
A．Cl₂        B．H₂O₂          C．KMnO₄         D．浓HNO₃
（2）滤渣2中主要成份的化学式为Fe（OH）₃、Cu（OH）₂；为了达到综合利用、节能减排的目的，上述流程步骤④中的CO₂可以来自于步骤①（选填①、②、③、⑤）．
（3）步骤④发生的离子反应方程式为ZnO₂^2-+2CO₂+2H₂O=Zn（OH）₂↓+2HCO₃^-．
（4）与Al相似，Zn也能溶于NaOH溶液．写出将Zn片和Cu片放入NaOH溶液中形成原电池的负极电极反应式：Zn-2e^-+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O．
Ⅱ．BaS溶液的制备：

有关数据：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）═BaSO₄（s）△H₁=-1473.2kJ•mol^-1
C（s）+1/2O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
Ba（s）+S（s）═BaS（s）△H₃=-460kJ•mol^-1
（5）若煅烧还原的产物仅为BaS和CO，则其反应的热化学方程式为：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ•mol^-1．
Ⅲ．制取锌钡白
（6）如果Ⅰ中步骤⑤使用硫酸过量，产生的后果是过量的酸与BaS溶液混合会产生有毒的H₂S气体污染空气，而且锌钡白的产率会降低．

Answer 1

分析 此类流程图题，要先明确目的，围绕“目的”，推测每个步骤中所加试剂的作用，然后结合各物质的性质，推断出各步骤中的物质．要注意按题目要求答题．
（1）根据物质的性质，能溶于酸的在滤液中，不溶于酸的在滤渣中．
（2）根据流程图分析，与碱生成沉淀的是滤渣2
（3）根据Zn（OH）₂与Al（OH）₃相似，可推断相关方程式，
（4）根据题目信息，Zn与Al相似推断
（5）利用盖斯定律，结合“同侧加，异侧减，系数不同，对应变”，求出目标方程式．

解答 解：根据流程图中各步骤中的部分相关成分分析
菱锌矿成分ZnCO₃，SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃ ①加硫酸后ZnSO₄，SiO₂、FeSO₄、CuSO₄②加入氧化剂二价铁被氧化为三价铁，其他微粒不变③加入过量NaOHFe（OH）₃、Cu（OH）₂Na₂ZnO₂④通入过量CO₂后反应生成Zn（OH）₂NaHCO₃
所以滤渣3即为Zn（OH）₂加硫酸后生成ZnSO₄
（1）根据题目信息，菱锌矿的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃，在流程图中首先加入硫酸，根据物质性质可知，菱锌矿中成分除SiO₂都能溶于硫酸，所以滤渣1的化学式为SiO₂；因H₂O₂  的还原产物H₂O，不会引入新的杂质，所以选H₂O₂ 作氧化剂．
故答案为：SiO₂；B；
（2）根据流程图的成分分析可看出：因Fe（OH）₃、Cu（OH）₂不溶于水，所以滤渣2的成分是：Fe（OH）₃、Cu（OH）₂；因步骤①中，硫酸与ZnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃ 反应时均产生 CO₂，所以为了达到综合利用、节能减排的目的，上述流程步骤④中的CO₂可以来自于步骤①；
故答案为：Fe（OH）₃、Cu（OH）₂；①；
（3）由题目信息知：Zn（OH）₂与Al（OH）₃相似，则与Na₂ZnO₂与NaAlO₂类似，即Na₂ZnO₂与过量CO₂反应方程式为：Na₂ZnO₂+2CO₂+2H₂O=Zn（OH）₂↓+2NaHCO₃，离子方程式为；ZnO₂^2-+2CO₂+2H₂O=Zn（OH）₂↓+2HCO₃^- 
故答案为：ZnO₂^2-+2CO₂+2H₂O=Zn（OH）₂↓+2HCO₃^-；
（4）Al片和Cu片放入NaOH溶液中形成原电池的负极反应式为：Al-3e^-+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，由题目信息知，与Al相似，Zn也能溶于NaOH溶液，所以将Zn片和Cu片放入NaOH溶液中形成原电池的负极电极反应式为：Zn-2e^-+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O   
 故答案为：Zn-2e^-+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O； 
（5）将题目提供热化学方程式编号如下：①Ba（s）+S（s）+2O₂（g）═BaSO₄（s）△H₁=-1473.2kJ•mol^-1
②C（s）+1/2O₂（g）═CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
③Ba（s）+S（s）═BaS（s）△H₃=-460kJ•mol^-1
根据“同侧加，异侧减，系数不同，对应变”，目标方程式可通过已知方程式进行运算4×②+③-①得到，
所以△H=4×△H₂+△H₃-△H₁=+571.2 kJ•mol^-1，故答案为：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ•mol^-1；
（6）如果如果Ⅰ中步骤⑤使用硫酸过量，会发生如下反应，BaS+H₂SO₄=H₂S↑+ZnSO₄，H₂S气体有毒，会污染环境；故答案为：过量的酸与BaS溶液混合会产生有毒的H₂S气体污染空气（1分），而且锌钡白的产率会降低．

点评 明确流程图，一定要抓住题目提供的“关键”信息，并根据相关知识，按要求解答．