Question

3．工业上常回收冶炼锌废渣中的锌（含有ZnO、FeO、Fe₂O₃、CuO、Al₂O₃等杂质），并用来生产Zn（NO₃）₂•6H₂O晶体，其工艺流程为：

有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氢氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2
开始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2[	5.4
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7	8.0

（1）在“酸浸”步骤中，为提高锌的浸出速率，除通入空气“搅拌”外，还可采取的措施是适当升高反应温度（或增大硝酸浓度、将锌废渣粉碎等）．
（2）上述工艺流程中多处涉及“过滤”，实验室中过滤操作需要使用的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒．
（3）在“除杂I”步骤中，需再加入适量H₂O₂溶液，H₂O₂与Fe²⁺反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，为使Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀完全，而Zn（OH）₂不沉淀，应控制溶液的pH范围为5.2～5.4．当pH=5时，溶液中c（Fe³⁺）=2.6×10^-12 mol•L^-1．（常温下Ksp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39）．检验Fe³⁺是否沉淀完全的实验操作是静置片刻，取少量上层清液，滴加KSCN溶液，若不出现血红色，则表明Fe³⁺沉淀完全．
（4）加入Zn粉的作用是除去溶液中的Cu²⁺．“操作A”的名称是冷却．

Answer 1

分析 冶炼锌废渣中加入硝酸、通入空气酸浸过滤后得到滤液含有Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺（少量）、Cu²⁺、Al³⁺，在“除杂I”步骤中，需再加入适量H₂O₂溶液，目的是将未被氧化的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，调节溶液pH使铁离子、铝离子全部沉淀，过滤后滤液中加入锌除去铜离子，过滤得到硫酸锌溶液，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、烘干得到ZnSO₄•6H₂O晶体．
（1）从温度、浓度、增大接触面积等分析增大反应速率；
（2）过滤操作中使用的玻璃仪器有：漏斗、烧杯、玻璃棒；
（3）H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身被还原为H₂O；
根据离子开始沉淀及沉淀完全的pH选择控制溶液的pH范围；
计算溶液中c（OH^-），代入Ksp[Fe（OH）₃]计算溶液中c（Fe³⁺）；
利用KSCN溶液检验Fe³⁺是否存在，判断沉淀是否完全；
（4）Zn与溶液中铜离子反应，除去溶液中的Cu²⁺；冷却结晶得到Zn（NO₃）₂•6H₂O晶体．

解答 解：冶炼锌废渣中加入硝酸、通入空气酸浸过滤后得到滤液含有Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺（少量）、Cu²⁺、Al³⁺，在“除杂I”步骤中，需再加入适量H₂O₂溶液，目的是将未被氧化的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，调节溶液pH使铁离子、铝离子全部沉淀，过滤后滤液中加入锌除去铜离子，过滤得到硫酸锌溶液，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、烘干得到ZnSO₄•6H₂O晶体．
（1）适当升高反应温度（或增大硝酸浓度、将锌废渣粉碎等）可提高锌的浸出速率，
故答案为：适当升高反应温度（或增大硝酸浓度、将锌废渣粉碎等）；
（2）过滤操作中使用的玻璃仪器有：漏斗、烧杯、玻璃棒，
故答案为：漏斗、烧杯、玻璃棒；
（3）H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身被还原为H₂O，反应离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
由表格中的数据可知，氢氧化锌开始沉淀的pH为5.4，氢氧化铝完全沉淀的pH为5.2，氢氧化铁完全沉淀的pH为3.7，则为使Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀完全，而Zn（OH）₂不沉淀，应控制溶液的pH范围为5.2～5.4；
当pH=5时，溶液中c（OH^-）=10^-9 mol•L^-1，由c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=2.6×10^-39，计算可得c（Fe³⁺）=2.6×10^-12 mol•L^-1；
检验Fe³⁺是否沉淀完全的实验操作是：静置片刻，取少量上层清液，滴加KSCN溶液，若不出现血红色，则表明Fe³⁺沉淀完全，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；5.2～5.4；2.6×10^-12 mol•L^-1；静置片刻，取少量上层清液，滴加KSCN溶液，若不出现血红色，表明Fe³⁺沉淀完全；
（4）由流程图及离子沉淀的pH，则加入Zn粉的作用除去溶液中的Cu²⁺，除杂后的溶液加热浓缩后、冷却结晶得到晶体，
故答案为：除去溶液中的Cu²⁺；冷却结晶．

点评 本题考查制备方案设计、物质的分离提纯、基本操作、对操作及条件控制的分析评价、离子检验、溶度积计算等，关键是对工艺流程的理解，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．