Question

4．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Fe（OH）₃；加入固體B的主要作用是除去溶液Ⅱ中的Cu²⁺．
（2）粗鋅中的銅與稀混酸溶液反應(yīng)的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）若溶液II中c（Cu²⁺）為0.05mol•L^-1，則溶液II的pH≤5．
（4）若B是Zn，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13.42；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ZnS+2H⁺=H₂S↑+Zn²⁺．
（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)楹笳咧频玫腪nS中會(huì)含有較多的Zn（OH）₂雜質(zhì)．

Answer 1

分析 利用含銅、鐵的粗鋅制備硫酸鋅：粗銅中銅、鐵和硫酸、硝酸反應(yīng)，生成銅離子、鐵離子，根據(jù)K_sp可知，氫氧化銅比氫氧化鋅更難溶，向溶液中加入Zn（OH）₂，得到沉淀A為Fe（OH）₃，加入足量固體B，因B不同沉淀C成分不同，但濾液Ⅲ為硫酸鋅溶液，制備七水合硫酸鋅，防止結(jié)晶水失水，需冷卻結(jié)晶，過濾、洗滌、干燥，即得到較純凈的硫酸鋅晶體，
（1）根據(jù)以上分析解答；由分析可知要沉淀銅離子；
（2）Cu與硝酸反應(yīng)生成硝酸銅和NO、水；
（3）根據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算溶液中的氫氧根離子濃度，再計(jì)算pH；
（4）若B是Zn，則固體C為Zn和Cu的混合物，由關(guān)系式Zn、Cu～2e^-～Zn²⁺、Cu²⁺～2OH^-～Cu（OH）₂、Zn（OH）₂可知，固體增大的質(zhì)量為氫氧根離子的質(zhì)量；
（5）Na₂S在溶液中水解顯堿性．

解答 解：利用含銅、鐵的粗鋅制備硫酸鋅：粗銅中銅、鐵和硫酸、硝酸反應(yīng)，生成銅離子、鐵離子，根據(jù)K_sp可知，氫氧化銅比氫氧化鋅更難溶，向溶液中加入Zn（OH）₂，得到沉淀A為Fe（OH）₃，加入足量固體B，因B不同沉淀C成分不同，但濾液Ⅲ為硫酸鋅溶液，制備七水合硫酸鋅，防止結(jié)晶水失水，需冷卻結(jié)晶，過濾、洗滌、干燥，即得到較純凈的硫酸鋅晶體，
（1）由以上分析可知固體A的主要成分是Fe（OH）₃，固體B可為氫氧化銅、氧化銅、硫化鋅或鋅等，用于除去溶液Ⅱ中的Cu²⁺，
故答案為：Fe（OH）₃；除去溶液Ⅱ中的Cu²⁺；
（2）粗鋅中的銅與稀混酸溶液反應(yīng)的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）若溶液Ⅱ中c（Cu²⁺）為0.05mol•L^-1，由Ksp=5.0×10^-20可知，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{5×1{0}^{-20}}{0.05}}$mol/L=1.0×10^-9mol/L，則c（H⁺）=1.0×10^-5mol/L，
所以pH≤5，
故答案為：5；
（4）若B是Zn，則固體C為Zn和Cu的混合物，取8.320gC完全溶解于500mL1mol•L^-1稀硝酸中，共收集到2240mL氣體，即n（NO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，轉(zhuǎn)移0.3mol電子，由關(guān)系式Zn、Cu～2e^-～Zn²⁺、Cu²⁺～2OH^-～Cu（OH）₂、Zn（OH）₂可知，總質(zhì)量為8.320g+0.3mol×17g/mol=13.42g，若固體B是另一種物質(zhì)，取部分固體C于試管中，加入足量的鹽酸，有臭雞蛋氣味的氣體產(chǎn)生，氣體為硫化氫，該實(shí)驗(yàn)為制備硫酸鋅，則B應(yīng)為ZnS，固體C中含有ZnS和CuS，和鹽酸反應(yīng)生成硫化氫的物質(zhì)為硫化鋅，反應(yīng)為：ZnS+2H⁺=H₂S↑+Zn²⁺，
故答案為：13.42；ZnS+2H⁺=H₂S↑+Zn²⁺；
（5）Na₂S在溶液中水解顯堿性，所以制得的ZnS中會(huì)含有較多的Zn（OH）₂；
故答案為：Zn（OH）₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了利用含銅、鐵的粗鋅制備硫酸鋅的流程分析，側(cè)重于學(xué)生的分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算能力的考查，涉及氮的化合物、沉淀溶解平衡應(yīng)用、氧化還原等知識(shí)，理清沉淀溶解平衡的有關(guān)計(jì)算是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．