Question

工業(yè)上利用鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量FeO、CuO等氧化物雜質(zhì)）制取金屬鋅的流程如圖甲所示．

（1）提高酸浸效率的措施為

 

（任答一條即可）；酸浸時H⁺與難溶固體ZnFe₂O₄反應的離子方程式為

 

．
（2）凈化Ⅰ中H₂O₂參與反應的離子方程式為

 

；X可選擇的試劑為

 

（寫化學式）；凈化Ⅱ中Y為

 

（寫化學式）；
（3）電解法制備鋅的裝置如圖乙所示：則電解槽中盛有的電解質(zhì)溶液為

 

（填字母）；
a．ZnCl₂溶液   b．Zn（NO₃）₂溶液   c．ZnSO₄溶液
根據(jù)圖乙中的數(shù)據(jù)，可求得電解過程中電流的有效利用率為

 

；
（4）使用含有[Zn（OH）₄]^2-的強堿性電鍍液進行鍍鋅防腐蝕，可得到細致的光滑鍍層，電鍍時陰極電極反應式

 

；以鋅為負極，采用犧牲陽極法防止鐵閘的腐蝕，圖丙中鋅塊的固定位置最好應在

 

處（填字母）．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設(shè)計題

分析：將鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量FeO、CuO等氧化物雜質(zhì)）酸浸，發(fā)生反應ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，向溶液中加入雙氧水，發(fā)生反應2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，調(diào)節(jié)溶液的pH將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，調(diào)節(jié)溶液pH時不能引進新的雜質(zhì)，可以用ZnO，所以X為ZnO，然后向溶液中加入Zn，發(fā)生反應Cu²⁺+Zn=Zn²⁺+Cu，然后過濾，所以Y中含有Cu，最后電解得到Zn．

解答： 解：將鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量FeO、CuO等氧化物雜質(zhì)）酸浸，發(fā)生反應ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，向溶液中加入雙氧水，發(fā)生反應 2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，調(diào)節(jié)溶液的pH將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，調(diào)節(jié)溶液pH時不能引進新的雜質(zhì)，可以用ZnO，所以X為ZnO，然后向溶液中加入Zn，發(fā)生反應Cu²⁺+Zn=Zn²⁺+Cu，然后過濾，所以Y中含有Cu，最后電解得到Zn，
（1）增大反應物濃度、升高溫度、增大反應物接觸面積等都可以加快反應速率，所以可以采用增大硫酸的濃度（或升高溫度或減小鋅焙砂顆粒大小或空氣攪拌等）加快反應速率；
通過以上分析知，該離子方程式為ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：增大硫酸的濃度（或升高溫度或減小鋅焙砂顆粒大小或空氣攪拌等）；ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（2）雙氧水具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，通過以上分析知，X為ZnO、Y為Cu，
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；ZnO；Cu；
（3）a．電解ZnCl₂溶液時，陽極上氯離子放電生成氯氣而得不到氧氣，故錯誤；   
b．電解Zn（NO₃）₂溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，所以陽極區(qū)得到的溶液相當于硝酸，硝酸具有揮發(fā)性，故錯誤；   
c．電解ZnSO₄溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陽極區(qū)域生成硫酸，硫酸沒有揮發(fā)性，陰極上氫離子放電，當鋅離子濃度足夠大時，溶液中鋅離子放電生成鋅，故正確；
當有2mol氧氣生成時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2mol×4=8mol，陰極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是8mol，實際上析出1mol氫氣，所以生成鋅轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是6mol，則電解過程中電流的有效利用率=

6mol

8mol

×100%=75%，
故答案為：c；75%；
（4）電鍍時陰極電極反應式為[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-，以鋅為負極，采用犧牲陽極法防止鐵閘的腐蝕，圖丙中鋅塊的固定位置最好應在腐蝕最嚴重處C處，故答案為：[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-；C．

點評：本題考查物質(zhì)的分離和提純，為高考高頻點，側(cè)重考查學生分析、判斷、知識運用及基本操作能力，能從整體上分析解答，知道流程圖中每個步驟發(fā)生的反應、操作方法，題目難度中等．