Question

4．2013年1月27日百度新聞資訊中報道，活性氧化鋅是一種多功能性的新型無機材料，其顆粒大小約在1～100納米．云南化工冶金研究所采用濕化學法（NPP-法）制備納米級活性氧化鋅，可用各種含鋅物料為原料，采用酸浸出鋅，經(jīng)過多次凈化除去原料中的雜質，然后沉淀獲得堿式碳酸鋅，最后焙解獲得活性氧化鋅，化學工藝流程如圖：

（1）上述流程圖中pH=12的Na₂CO₃溶液中c（CO₃^2-）=0.50mol/L，c（ HCO₃^-）=1×10^-mol/L，則c（Na⁺）：c（OH^-）=102：1．
（2）“溶解”后得到的酸性溶液中含有Zn²⁺、SO₄^2-，另含有Fe²⁺、Cu²⁺等雜質．先加入Na₂CO₃（填“Na2CO₃”或“H₂SO₄”）調節(jié)溶液的pH至5.4，然后加入適量KMnO₄，F(xiàn)e²⁺轉化為Fe（OH）₃，同時KMnO₄轉化為MnO₂．經(jīng)檢測溶液中Fe²⁺的濃度為0.009mol•L^-1，則每升溶液中至少應加入0.003mol KMnO₄．
（3）已知常溫下，Cu（OH）₂的溶度積常數(shù)K_sp=2×10^-20．溶液中雜質Cu²⁺濃度為0.002mol•L^-1，若要生成沉淀，則應調節(jié)溶液的pH大于6．
（4）“沉淀”得到ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，“煅燒”在450～500℃下進行，“煅燒”反應的化學方程式為：ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O$\frac{\underline{\;450℃～500℃\;}}{\;}$3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑．

Answer 1

分析 由實驗流程可知，含鋅物料為原料，采用硫酸浸出鋅，過濾除雜，得到濾液中含鋅離子，與加入的Na₂CO₃溶液反應生成堿式碳酸鋅，最后焙解獲得活性氧化鋅．
（1）pH=12的Na₂CO₃溶液，n（Na）=2n（C），c（OH^-）=0.01mol/L；
（2）Fe²⁺、Cu²⁺等雜質，均可與碳酸鈉反應；適量KMnO₄將Fe²⁺轉化為Fe（OH）₃，由電子守恒計算；
（3）Cu²⁺濃度為0.002mol•L^-1，轉化為沉淀時c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp}{c（C{u}^{2+}）}}$；
（4）“煅燒”反應生成ZnO、二氧化碳和水．

解答 解：（1）pH=12的Na₂CO₃溶液，由化學式可知，n（Na）=2n（C），則c（Na⁺）=2×0.51 mol/L=1.02 mol/L，c（OH^-）=0.01mol/L，所以c（Na⁺）：c（OH^-）=102：1；
故答案為：102：1；
（2）溶解后得到酸性溶液，要調節(jié)溶液的pH至5.4，需要升高pH，故應加入Na₂CO₃　n（Fe²⁺）=0.009 mol，由電子得失守恒，則n（KMnO₄）=0.009mol÷（7-4）=0.003 mol；
故答案為：Na₂CO₃；0.003；
（3）Cu²⁺濃度為0.0002mol•L^-1，c（Cu²⁺）•[c（OH^-）]²=2×10^-20時開始出現(xiàn)沉淀，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp}{c（C{u}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-20}}{0.0002}}$=10^-8 mol•L^-1，pH=6；
故答案為：6；
（4）“煅燒”反應生成ZnO、二氧化碳和水，反應為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↑．

點評 本題考查學生對工藝流程的理解、閱讀獲取信息能力、對操作步驟的分析評價、物質的分離提純、氧化還原反應計算等，是對所學知識的綜合運用與能力的考查，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識、信息進行解決問題的能力，題目難度中等．