Question

6．活性氧化鋅用作橡膠硫化的活性劑、補(bǔ)強(qiáng)劑．以氧化鋅粗品（含鐵的氧化物、CuO和SiO₂等雜質(zhì)）為原料制備活性氧化鋅并生產(chǎn)其他副產(chǎn)品的生產(chǎn)工業(yè)流程如圖：

已知：Zn（OH）₂可溶于NaOH溶液．
（1）為提高氧化鋅粗品的溶解速率，可采取的措施有將氧化鋅粗品粉碎成細(xì)顆粒、加入過(guò)量硫酸、加熱等（要求寫(xiě)出兩條）．操作A所用的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗．
（2）加入過(guò)量鐵所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑、Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（3）操作C所得的濾渣P中Fe（OH）₂和Fe（OH）₃的物質(zhì)的量之比為5：1，該濾渣在空氣中灼燒可獲得高性能的磁粉Fe₃O₄，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式20Fe（OH）₂+4Fe（OH）₃+3O₂=$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Fe₃O₄+26H₂O．
（4）“沉淀”的成分為ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，“煅燒”在450～500℃下進(jìn)行，煅燒獲得ZnO的反應(yīng)的化學(xué)方程式為ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑．
（5）取20.00mL濾液N用0.02mol/L的KMnO₄溶液進(jìn)行滴定，消耗KMnO₄溶液18.00mL，則濾液N中Fe²⁺的濃度為0.09mol/L．

Answer 1

分析 制備活性氧化鋅流程為：氧化鋅粗品（含鐵的氧化物、CuO和SiO₂等雜質(zhì)）中加入稀硫酸，氧化鋅、鐵的氧化物、氧化銅與稀硫酸反應(yīng)，二氧化硅不反應(yīng)，通過(guò)過(guò)濾操作分離出二氧化硅，濾液中含有鐵離子、亞鐵離子、鋅離子、銅離子；向?yàn)V液M加入過(guò)量鐵粉，銅離子被置換成銅單質(zhì)，通過(guò)過(guò)濾得到的濾液N中含有亞鐵離子、鋅離子；向?yàn)V液N中加入過(guò)量氫氧化鈉，反應(yīng)生成氫氧化鐵、氫氧化亞鐵沉淀，濾液Q中含有AlO₂^-；酸化濾液Q后加入適量碳酸鈉溶液得到沉淀ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，經(jīng)過(guò)煅燒得到ZnO，
（1）根據(jù)表面積、溫度等對(duì)反應(yīng)速率的影響答題，操作A為過(guò)濾，根據(jù)過(guò)濾操作方法寫(xiě)出還缺少的儀器名稱(chēng)；
（2）鐵與銅離子、鐵離子、氫離子都能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)元素守恒和電荷守恒書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)信息判斷反應(yīng)物、反應(yīng)條件，然后寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)“ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，“煅燒”在450～500℃下進(jìn)行，煅燒獲得ZnO”可知反應(yīng)物、反應(yīng)條件、生成物，然后寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（5）根據(jù)電子守恒找出關(guān)系式，然后根據(jù)高錳酸鉀的物質(zhì)的量計(jì)算出亞鐵離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算出濾液N中Fe²⁺的濃度．

解答 解：根據(jù)圖示可知，制備流程為：氧化鋅粗品（含鐵的氧化物、CuO和SiO₂等雜質(zhì)）中加入稀硫酸，氧化鋅、鐵的氧化物、氧化銅與稀硫酸反應(yīng)，二氧化硅不反應(yīng)，通過(guò)過(guò)濾操作分離出二氧化硅，濾液中含有鐵離子、亞鐵離子、鋅離子、銅離子；向?yàn)V液M加入過(guò)量鐵粉，銅離子被置換成銅單質(zhì)，通過(guò)過(guò)濾得到的濾液N中含有亞鐵離子、鋅離子；向?yàn)V液N中加入過(guò)量氫氧化鈉，反應(yīng)生成氫氧化鐵、氫氧化亞鐵沉淀，濾液Q中含有AlO₂^-；酸化濾液Q后加入適量碳酸鈉溶液得到沉淀ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，經(jīng)過(guò)煅燒得到ZnO，
（1）根據(jù)表面積、溫度等對(duì)反應(yīng)速率的影響可知，為提高氧化鋅粗品的溶解速率，可采取的措施有將氧化鋅粗品粉碎成細(xì)顆粒、加入過(guò)量硫酸、加熱等，操作A為過(guò)濾，過(guò)濾所用的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒和漏斗，還缺少漏斗，
故答案為：將氧化鋅粗品粉碎成細(xì)顆粒、加入過(guò)量硫酸、加熱等；漏斗；
（2）加入過(guò)量鐵粉后，鐵與銅離子、鐵離子、氫離子都能發(fā)生反應(yīng)生成亞鐵離子、氫氣、銅單質(zhì)等，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑、Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑、Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）濾渣P中Fe（OH）₂和Fe（OH）₃的物質(zhì)的量之比為5：1，該濾渣在空氣中灼燒可獲得高性能的磁粉Fe₃O₄，根據(jù)質(zhì)量守恒，反應(yīng)產(chǎn)物中還會(huì)生成水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：20Fe（OH）₂+4Fe（OH）₃+3O₂=$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Fe₃O₄+26H₂O，
故答案為：20Fe（OH）₂+4Fe（OH）₃+3O₂=$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Fe₃O₄+26H₂O；
（4）在450～500℃下煅燒ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O獲得ZnO，還會(huì)生成二氧化碳?xì)怏w和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑，
故答案為：ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃-500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑；
（5）取20.00mL濾液N，用O.02mol．L^-l的KMnO₄溶液進(jìn)行滴定，消耗KMnO₄溶液18.00mL，高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.02mol/L×0.018L=0.00036mol，
高錳酸根離子變成錳離子，化合價(jià)降低5價(jià)，亞鐵離子變成鐵離子化合價(jià)變化為1，則二者反應(yīng)的關(guān)系式為：KMnO₄～5Fe²⁺，
反應(yīng)消耗的亞鐵離子的物質(zhì)的量為：0.00036mol×5=0.0018mol，
則濾液N中Fe²⁺的濃度為：c（Fe²⁺）=$\frac{0.0018mol}{0.02L}$=0.09mol/L，
故答案為：0.09mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)、物質(zhì)分離與提純方法的綜合應(yīng)用，題目難度較大，明確制備流程為解答關(guān)鍵，注意掌握常見(jiàn)物質(zhì)分離與提純的操作方法，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力．