【題目】由于金屬鋅本身的價(jià)值不高,在我國(guó)工業(yè)鋅廢料的回收利用率比較低。某課題組研究利用含少量銅、鐵的粗鋅制備硫酸鋅及相關(guān)物質(zhì)的資源綜合利用,其工藝流程圖(圖中加入的物質(zhì)均為足量)及有關(guān)數(shù)據(jù)如下:

物質(zhì)

Fe(OH)3

Cu(OH)2

Zn(OH)2

CuS

ZnS

Ksp

4.0×10—38

5.0×10—20

2.0×10—16

8.5×10—45

1.2×10—23

請(qǐng)回答下列問題:

1)固體A的主要成分是_______________;加入固體B的主要作用是____________。

2)粗鋅中的銅與稀混酸溶液反應(yīng)的離子方程式為_____________________________

3)若溶液IIc(Cu2+)0.05mol·L—1,則溶液IIpH≤_________。

4)若BZn,取8.320gC完全溶解于500mL 1mol·L—1稀硝酸中,共收集到2240mL氣體,再向所得溶液中加入NaOH溶液至剛好生成沉淀最多,此時(shí)所得沉淀質(zhì)量(m)的取值范圍是___________;若B是另一種物質(zhì),取部分C于試管中,加入鹽酸后產(chǎn)生了有臭雞蛋味氣體,則該反應(yīng)的離子方程式為________________________。

5)溶液III還可以與(NH4)2S溶液反應(yīng)制備ZnS,實(shí)際生產(chǎn)中選用(NH4)2S溶液而不是Na2S溶液作為反應(yīng)物,是因?yàn)楹笳咧频玫?/span>ZnS中會(huì)含有較多的___________雜質(zhì)。

【答案】Fe(OH)3或氫氧化鐵 Cu2+(或銅)從溶液Ⅱ中分離出來 3Cu8H+2NO33Cu2+2NO↑4H2O 5 12.67gm12.74g ZnS2H+Zn2+H2S↑ Zn(OH)2.

【解析】

分析題給化學(xué)工藝流程知粗鋅(含少量銅、鐵)加入足量HNO3H2SO4混酸得溶液Ⅰ,其中含有Zn2、Fe3Cu2等金屬陽離子,加入適量氫氧化鋅調(diào)節(jié)pH使Fe3轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀,過濾,固體A為氫氧化鐵,向?yàn)V液Ⅱ中加足量固體B,將Cu2轉(zhuǎn)化為沉淀,過濾,固體C為含銅元素的沉淀和過量的固體B,溶液Ⅲ為硫酸鋅溶液,經(jīng)一系列操作的硫酸鋅晶體,據(jù)此作答。

1)固體A的主要成分是Fe(OH)3或氫氧化鐵;加入固體B的主要作用是將Cu2+(或銅)從溶液Ⅱ中分離出來。

2)粗鋅中的銅與稀混酸溶液反應(yīng)的離子方程式為3Cu8H+2NO33Cu2+2NO↑4H2O

3)若溶液IIc(Cu2+)0.05mol·L—1,為保證Cu2不生成氫氧化銅沉淀,溶液中c2(OH)≤Ksp[ Cu(OH)2]/ c(Cu2+)=1×10-18mol/L2,c(OH)≤1×10-9mol/L,c(H)≥1×10-5mol/L,則溶液IIpH≤5

4)若BZn,則C為銅和鋅的混合物。取8.320gC完全溶解于500mL 1mol·L—1稀硝酸中,發(fā)生反應(yīng):3M+8HNO3()==3M(NO3)2+2NO↑+4H2O,分析反應(yīng)過程知金屬銅和鋅失電子的物質(zhì)的量與結(jié)合的氫氧根的物質(zhì)的量相等,假設(shè)8.320g固體C完全是銅,n(Zn)=0.128mol,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.256mol,結(jié)合氫氧根的物質(zhì)的量為0.256mol,質(zhì)量為4.352g,即沉淀的質(zhì)量為12.672g;,假設(shè)8.320g固體C完全是鋅,n(Cu)=0.13mol,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.26mol,結(jié)合氫氧根的物質(zhì)的量為0.26mol,質(zhì)量為4.42g,即沉淀的質(zhì)量為12.74g;即所得沉淀質(zhì)量(m)的取值范圍是12.67gm12.74g;根據(jù)題意知固體C加入鹽酸后產(chǎn)生了有臭雞蛋味氣體,則固體BZnS,固體CCuSZnS,該反應(yīng)的離子方程式為ZnS2H+==Zn2+H2S↑。

5Na2S溶液的存在S2—的水解,(NH4)2S溶液存在NH4+S2—的水解,Na2S溶液堿性較強(qiáng),者制得的ZnS中會(huì)含有較多的Zn(OH)2雜質(zhì)。

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