Question

硫酸鋅被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)藥領(lǐng)域．工業(yè)上由氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）生產(chǎn)ZnSO₄?7H₂O的一種流程如下：

（1）步驟Ⅰ包括酸浸和過濾兩個操作．
①酸浸時，需不斷通入高溫水蒸氣的目的是

 

．
②過濾時，為防止堵塞，過濾裝置需經(jīng)常用氫氧化鈉溶液清洗，其清洗原理是

 

（用化學(xué)方程式表示）．
（2）步驟Ⅱ中，在pH約為5.1的濾液中加入高錳酸鉀，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂兩種沉淀，該反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（3）步驟Ⅲ所得濾渣C的主要成分是

 

．
（4）取28.70g ZnSO₄?7H₂O加熱至不同溫度，剩余固體的質(zhì)量變化如圖．

①步驟Ⅳ中的烘干操作需在減壓條件下進(jìn)行，其原因是

 

．
②680℃時所得固體的化學(xué)式為

 

．
a．ZnO     b．Zn₃O（SO₄）₂     c．ZnSO₄     d．ZnSO₄?H₂O．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,鐵的氧化物和氫氧化物,物質(zhì)的分離、提純和除雜

專題：實驗題

分析：氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，過濾，濾液中含有硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵，再加高錳酸鉀溶液與亞鐵離子反應(yīng)生成MnO（OH）₂和氫氧化鐵沉淀，過濾，濾液中含有硫酸銅和硫酸鋅，加鋅粉置換銅離子，過濾，濾渣為Cu可能含有Zn，濾液為硫酸鋅，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到ZnSO₄?7H₂O晶體；
（1）①根據(jù)溫度對反應(yīng)速率的影響分析；
②用氫氧化鈉溶液清洗過濾裝置，目的是使反應(yīng)生成的H₂SiO₃濾渣反應(yīng)生成Na₂SiO₃溶解除去；
（2）高錳酸鉀與Fe²⁺反應(yīng)生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂；
（3）步驟Ⅲ：向濾液中加入鋅粉，置換出銅；
（4）①由于ZnSO₄?7H₂O易分解，烘干時要適當(dāng)降低溫度；
②28.70 g ZnSO₄?7H₂O的物質(zhì)的量為0.1mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO₄?H₂O或ZnSO₄或ZnO或Zn₃O（SO₄）₂時，物質(zhì)的量均為0.1mol，根據(jù)它們的質(zhì)量通過排除法確定．

解答： 解：氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，過濾，濾液中含有硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵，再加高錳酸鉀溶液與亞鐵離子反應(yīng)生成MnO（OH）₂和氫氧化鐵沉淀，過濾，濾液中含有硫酸銅和硫酸鋅，加鋅粉置換銅離子，過濾，濾渣為Cu可能含有Zn，濾液為硫酸鋅，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到ZnSO₄?7H₂O晶體；
（1）①酸浸時，不斷通入高溫水蒸氣可使反應(yīng)液的溫度升高，使反應(yīng)物充分混合，以加快反應(yīng)速率，故答案為：升高溫度，使反應(yīng)物充分混合，以加快反應(yīng)速率；
②濾渣A為硅酸沉淀，用氫氧化鈉溶液清洗過濾裝置，目的是使反應(yīng)生成的H₂SiO₃濾渣與氫氧化鈉反應(yīng)生成Na₂SiO₃溶解除去，其發(fā)生的反應(yīng)為：H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O，故答案為：H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O；
（2）在pH約為5.1的濾液中加入高錳酸鉀，高錳酸鉀與Fe²⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂兩種沉淀，則反應(yīng)的離子方程式為：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺，
故答案為：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺；
（3）步驟Ⅲ：向含有Cu²⁺、Zn²⁺、SO₄^2-的濾液中加入鋅粉，置換出銅，可能含有過量的鋅粉，故答案為：Cu（Zn）；
（4）①由于ZnSO₄?7H₂O易分解，烘干時要適當(dāng)降低溫度，防止ZnSO₄?7H₂O分解，故答案為：降低烘干的溫度，防止ZnSO₄?7H₂O分解；
②28.70 g ZnSO₄?7H₂O的物質(zhì)的量為0.1mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO₄?H₂O或ZnSO₄或ZnO或Zn₃O（SO₄）₂時，物質(zhì)的量均為0.1mol，
若得ZnSO₄?H₂O的質(zhì)量為17.90g（100℃）；
若得ZnSO₄的質(zhì)量為16.10g（250℃）；
若得ZnO的質(zhì)量為8.10g（930℃）；
據(jù)此通過排除法確定680℃時所得固體的化學(xué)式為Zn₃O（SO₄）₂；
故答案為：b．

點評：本題以ZnSO₄?7H₂O的制備為知識背景，考查了基本實驗操作、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、化學(xué)方程式的書寫、計算等知識，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰Γ?/div>