Question

5．氧化鋅粉末廣泛應用于橡膠、涂料、陶瓷、化工、醫(yī)藥、玻璃等行業(yè)，為綜合應用資源，常從冶煉鋅、鋅制品加工企業(yè)回收的鋅渣（含有ZnO、FeO、Fe₂O₃、CuO、Al₂O₃等雜質）來制取氧化鋅，流程如圖：

有關氫氧化物沉淀完全的pH見表

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2
PH	5.2	3.2	9.7	6.7	8.0

（1）在酸浸過程中，常將鋅渣碎成粉末的目的是增大接觸面積，提高鋅的浸出速率．
（2）上述工藝多處涉及“過濾”，實驗室中過濾需要使用的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗．
（3）①在“除雜Ⅰ”中，常用酸性KMnO₄溶液，其目的是將Fe²⁺ 轉化成為Fe³⁺，請寫出該反應的離子方程式5Fe²⁺+2MnO₄^-+16H⁺=2Mn²⁺+5Fe³⁺+8H₂O．將溶液的pH調至4，目的是讓三價鐵轉化為氫氧化鐵沉淀而除去．②在“除雜Ⅱ”中，加入鋅粉的目的是除去溶液中的Cu²⁺．
（4）在“碳化合成”中，產物中有堿式碳酸鋅[Zn₂（OH）₂CO₃]和CO₂等，請寫出該反應的化學方程式2Na₂CO₃+2Zn（NO₃）₂+H₂O=[Zn₂（OH）₂CO₃+CO₂+4NaNO₃．

Answer 1

分析 生產Zn（NO₃）₂•6H₂O晶體，其工藝流程為：冶煉鋅廢渣中的鋅（含有ZnO、FeO、Fe₂O₃、CuO、Al₂O₃等雜質），加入硝酸通入空氣酸浸過濾后得到濾液含有Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺（少量）、Cu²⁺、Al³⁺，在“除雜I”步驟中，需再加入適量H₂O₂溶液，目的是將未被氧化的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，調節(jié)溶液PH使鐵離子、鋁離子全部沉淀，過濾后濾液中加入鋅除去銅離子，過濾得到硫酸鋅溶液，加熱蒸發(fā)，濃縮結晶，過濾洗滌得到ZnSO₄•6H₂O晶體，
（1）從增大接觸面積分析增大反應速率；
（2）過濾操作使用漏斗、燒杯、玻璃棒等儀器；
（3）用酸性KMnO₄溶液，其目的是將Fe²⁺ 轉化成為Fe³⁺，根據沉淀和pH表分析控制溶液的pH；鋅比銅活潑，Zn與溶液中銅離子反應，冷卻結晶得到Zn（NO₃）₂•6H₂O晶體；
（4）根據反應物和生成物來書寫化學方程式．

解答 解：（1）將鋅廢渣粉碎成粉末，增大接觸面積可提高鋅的浸出速率，
故答案為：增大接觸面積，提高鋅的浸出速率；
（2）過濾操作需要使用的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗，
故答案為：玻璃棒；漏斗；
（3）用酸性KMnO₄溶液，其目的是將Fe²⁺ 轉化成為Fe³⁺，反應的離子方程式為：5Fe²⁺+2MnO₄^-+16H⁺=2Mn²⁺+5Fe³⁺+8H₂O，“除雜I”步驟中，將溶液調至pH=4，可以讓三價鐵轉化為氫氧化鐵沉淀而除去，在“除雜Ⅱ”后，溶液的pH約為6，此時氫氧化鋁沉淀不會存在，過程中會發(fā)生置換反應產生金屬Cu和金屬Zn，則此步過濾時濾渣中含有Cu、Fe，根據金屬活動順序表可知，鋅比銅活潑，由流程圖及離子沉淀的pH，則加入Zn粉的作用除去溶液中的Cu²⁺，除雜后的溶液加熱濃縮后、冷卻結晶得到晶體，
故答案為：5Fe²⁺+2MnO₄^-+16H⁺=2Mn²⁺+5Fe³⁺+8H₂O；讓三價鐵轉化為氫氧化鐵沉淀而除去；除去溶液中的Cu²⁺；
（4）在“碳化合成”中，是碳酸鈉和硝酸鋅的水溶液之間發(fā)生反應生成產物之一為堿式碳酸鋅[Zn₂（OH）₂CO₃]，同時放出CO₂，即2Na₂CO₃+2Zn（NO₃）₂+H₂O=[Zn₂（OH）₂CO₃+CO₂+4NaNO₃，
故答案為：2Na₂CO₃+2Zn（NO₃）₂+H₂O=[Zn₂（OH）₂CO₃+CO₂+4NaNO₃．

點評 本題考查晶體的制備及混合物的分離、提純，注意已知信息與所學知識的結合來分析解答問題，除雜流程及表格數據是解答本題的關鍵，題目難度中等．