Question

活性氧化鋅（ZnO） 是一種面向21世紀(jì)的新型高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品，近幾年有關(guān)該物質(zhì)的制備成為化工行業(yè)研究的熱點(diǎn)．某校化學(xué)興趣小組的同學(xué)參觀了某廠用粗ZnO制備活性ZnO的生產(chǎn)流程，做如下探究．
Ⅰ．制備活性氧化鋅
一種由粗ZnO（含F(xiàn)eO、CuO）制備活性ZnO的流程如圖：

查閱資料：
1、粗ZnO中常含雜質(zhì)FeO、CuO
2、反應(yīng)3是為了制得堿式碳酸鋅、堿式碳酸鋅經(jīng)焙燒可制得活性ZnO
3、已知：幾種物質(zhì)沉淀時(shí)的pH如下表：

物質(zhì)	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Zn（OH）2	Cu（OH）2
開始沉淀時(shí)pH	6.34	1.48	6.2	5.2
完全沉淀時(shí)pH	9.7	3.2	8.0	6.4
Fe（OH）2是一種絮狀沉淀，不易除去，處理時(shí)常將其轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3而除去．

請問答下列問題：
（1）溶解前將氧化鋅粗品粉碎成細(xì)顆粒，目的是

 

．
（2）寫出在粗ZnO樣品中加硫酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

（選寫一個(gè)）．
（3）反應(yīng)1的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，并完全沉淀Fe（OH）₃，為了暫不形成Cu（OH）₂、Zn （OH）₂，該步驟需控制溶液pH的范圍是

 

．
（4）反應(yīng)2中加入鋅發(fā)生的反應(yīng)屬于

 

反應(yīng)（填化學(xué)反應(yīng)的基本類型）．
（5）B溶液的溶質(zhì)是（NH₄）₂SO₄，檢驗(yàn)其中是否含NH₄⁺ 的方法為

 

．
Ⅱ．測定堿式碳酸鋅的化學(xué)式
該興趣小組的同學(xué)欲寫出上述流程中堿式碳酸鋅焙燒生成氧化鋅的化學(xué)方程式，但不知道堿式碳酸鋅的化學(xué)式（xZnCO₃?yZn（OH）₂?zH₂O），于是從該廠帶回部分焙燒前的堿式碳酸鋅樣品在老師的指導(dǎo)下完成下列實(shí)驗(yàn)．
用下列裝置測定堿式碳酸鋅的化學(xué)組成，計(jì)算xZnCO₃?yZn（OH）₂?zH₂O中x：y：z的最簡比．（假設(shè)每步反應(yīng)、吸收均完全）

【實(shí)驗(yàn)步驟】
①按圖連接好裝置，并檢查裝置的氣密性；  ②在熱分解裝置中裝入68.2g樣品，打開活塞

 

，關(guān)閉

 

，緩緩鼓入空氣數(shù)分鐘； ③稱量裝置C、D的質(zhì)量；④關(guān)閉活塞K₁，K₂，打開K₃，打啟動熱分解裝置，使樣品充分熱解；⑤停止加熱，繼續(xù)通空氣至裝置冷卻到室溫； ⑥再次分別稱量裝置C、D的質(zhì)量．
[進(jìn)行實(shí)驗(yàn)]該小組同學(xué)按上述實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄了如下數(shù)據(jù)：

	裝置C的質(zhì)量（/g）	裝置D的質(zhì)量（/g）
實(shí)驗(yàn)前	198.4	235.7
實(shí)驗(yàn)后	209.2	244.5

【實(shí)驗(yàn)分析及數(shù)據(jù)處理】：
（1）A處干燥管盛放的藥品是堿石灰（CaO與NaOH的固體混合物），其作用是

 

．
（2）第⑤步繼續(xù)通空氣的目的是

 

．
（3）老師在審閱方案后指出應(yīng)該在E處再增加一套裝置，你認(rèn)為所加儀器名稱是

 

，儀器中藥品是

 

，其作用是

 

，若沒有此裝置，測得二氧化碳的質(zhì)量

 

（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．
（4）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計(jì)算xZnCO₃?yZn（OH）₂?zH₂O中x：y：z的最簡比=

 

并寫出計(jì)算過程．
提示：
1、xZnCO₃?yZn（OH）₂?zH₂O受熱分解為ZnO、H₂O、CO₂ 三種產(chǎn)物，其中ZnCO₃

△   .

ZnO+CO₂↑   Zn（OH）

△   .

ZnO+H₂O
2、可能用到的相對分子量：ZnCO₃125  Zn（OH）₂ 99  ZnO 81  H₂O 18  CO₂44．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化和制備,證明銨鹽,金屬的化學(xué)性質(zhì),酸的化學(xué)性質(zhì),鹽的化學(xué)性質(zhì),書寫化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算

專題：物質(zhì)的制備

分析：【問題討論】
（1）將洗凈的石英砂研磨成粉末是增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率；
（2）根據(jù)氧化鋅和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和水及質(zhì)量守恒定律解答；
（3）根據(jù)氫氧化鐵沉淀時(shí)的pH、Zn（OH）₂和Cu（OH）₂沉淀時(shí)的pH分析解答；
（4）根據(jù)置換反應(yīng)的定義分析；
（5）根據(jù)氨根與堿反應(yīng)，生成刺激性氣味的氣體生成；
【實(shí)驗(yàn)步驟】②根據(jù)先在干燥的空氣流中加熱分解堿式碳酸鋅分析；
【實(shí)驗(yàn)分析及數(shù)據(jù)處理】
（1）根據(jù)堿石灰（CaO與NaOH的固體混合物）既能吸水，氫氧化鈉能和二氧化碳反應(yīng)分析；
（2）根據(jù)這樣做能使反應(yīng)生成的二氧化碳和水蒸氣被完全吸收分析解答；
（3）根據(jù)E能吸收空氣中的水和二氧化碳解答；
（4）根據(jù)C吸收的是水，D吸收的是二氧化碳，堿式碳酸鋅樣品22.6g，反應(yīng)前C裝置的質(zhì)量為198.4g，反應(yīng)后質(zhì)量為209.2g，故生成水的質(zhì)量為209.2g-198.4g=1.8g；反應(yīng)前D裝置的質(zhì)量為235.7g，反應(yīng)后質(zhì)量為244.5g，生成二氧化碳的質(zhì)量為8.8g，故氧化鋅的質(zhì)量為22.6g-1.8g-8.8g=12g，計(jì)算各物質(zhì)的物質(zhì)的量，利用元素守恒計(jì)算堿式碳酸鋅中x、y、z．

解答：解：【問題討論】
（1）要將洗凈的石英砂研磨成粉末是增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率；故答案：使氧化鋅粗品充分反應(yīng)．（只答提高反應(yīng)速度不給分）
（2）氧化鋅和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O，故答案：ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O；
（3）氫氧化鐵沉淀時(shí)的pH是1.48～3.2，Zn（OH）₂沉淀時(shí)的pH為6.2～8.0；和Cu（OH）₂沉淀時(shí)的pH為5.2～6.4；故答案：分別為3.2～5.2；
（4）反應(yīng)2是鋅和硫酸銅反應(yīng)生成銅和硫酸鋅，是一種單質(zhì)和一中化合物反應(yīng)生成另一種單質(zhì)和另一種化合物，屬置換反應(yīng)，故答案：置換；
（5）B溶液的溶質(zhì)是（NH₄）₂SO₄，檢驗(yàn)其中是否含NH₄⁺的方法為可加入NaOH濃溶液加熱，觀察現(xiàn)象，如有刺激性氣味的氣體生成，則說明含有NH₄⁺，
故答案為：可加入NaOH濃溶液加熱，觀察現(xiàn)象，如有刺激性氣味的氣體生成，則說明含有NH₄⁺；
II測定堿式碳酸鋅的化學(xué)式
②打開活塞K₁、K₂，關(guān)閉 K₃；故答案為：K₁、K₂，K₃；
【實(shí)驗(yàn)分析及數(shù)據(jù)處理】
（1）堿石灰的作用除去鼓入空氣中的二氧化碳和水蒸氣，故答案：除去鼓入空氣中的二氧化碳和水蒸氣；
（2）繼續(xù)通空氣的目的是使反應(yīng)生成的二氧化碳和水蒸氣被完全吸收，故答案：使反應(yīng)生成的二氧化碳和水蒸氣被完全吸收；
（3）E處應(yīng)該添加一個(gè)盛有的干燥管，堿石灰的作用是防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入裝置D，那么裝置D吸收了一部分空氣中的二氧化碳，增重大于實(shí)際分解得到的二氧化碳，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大；故答案：干燥管；堿石灰；防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入裝置D；偏大；
（4）堿式碳酸鋅樣品22.6g，反應(yīng)前C裝置的質(zhì)量為198.4g，反應(yīng)后質(zhì)量為209.2g，故生成水的質(zhì)量為209.2g-198.4g=1.8g；反應(yīng)前D裝置的質(zhì)量為235.7g，反應(yīng)后質(zhì)量為244.5g，生成二氧化碳的質(zhì)量為8.8g，故氧化鋅的質(zhì)量為22.6g-1.8g-8.8g=12g，故
xZn CO₃?yZn（OH）₂?zH₂O

△   .

（x+y）ZnO+（y+z）H₂O+xCO₂
                          81（x+y）   18（y+z） 44x
                            12g       1.8g      8.8g

81(x+y)

12g

=

18(y+z)

1.8g

=

44x

8.8g

則x：y：z的最簡比=1：2：1．
故答案為：1：2：1．

點(diǎn)評：本題考查學(xué)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(jià)、物質(zhì)的分離提純、氧化學(xué)計(jì)算等，是對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用與能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識與綜合運(yùn)用知識、信息進(jìn)行解決問題的能力．