Question

1．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，最后焙燒獲得活性氧化鋅，其化學工藝流程如下：

（1）若檢驗流程中濾液2中含有Na⁺，則實驗的具體操作是將鉑絲蘸鹽酸在無色火焰上灼燒至無色，再蘸取待測溶液在無色火焰上灼燒，觀察火焰顏色，再將鉑絲再蘸鹽酸灼燒至無色
（2）上述流程如圖中若在常溫下，pH=12的Na₂CO₃溶液中c（CO₃^2-）=0.50mol/L，c（HCO₃^-）=1×10^-2 mol/L，則c（Na⁺）：c（OH^-）=102：1．
（3）“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．
（4）已知常溫下Cu（OH）₂的K_sp=2×10^-20．溶液中雜質Cu²⁺濃度為0.02mol•L^-1，若要生成沉淀，則應調節(jié)溶液的pH大于5．
（5）“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）Na的焰色為黃色，以此檢驗；
（2）pH=12的Na₂CO₃溶液，n（Na）=2n（C），c（OH^-）=0.01mol/L；
（3）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；
（4）Cu²⁺濃度為0.02mol•L^-1，轉化為沉淀時c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp}{c（Cu{\;}^{2+}）}}$；
（5）根據(jù)煅燒反應生成ZnO、二氧化碳和水，利用質量守恒配平．

解答 解：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）Na的焰色為黃色，則檢驗溶液中含有Na⁺，常用焰色反應，具體操作是：將鉑絲蘸鹽酸在無色火焰上灼燒至無色，再蘸取待測溶液在無色火焰上灼燒，觀察火焰顏色，再將鉑絲再蘸鹽酸灼燒至無色；
故答案為：將鉑絲蘸鹽酸在無色火焰上灼燒至無色，再蘸取待測溶液在無色火焰上灼燒，觀察火焰顏色，再將鉑絲再蘸鹽酸灼燒至無色；
（2）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；
（3）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）=$\frac{0.009mol}{（7-4）}$=0.003mol；
故答案為：Na₂CO₃；0.003；
（4）Cu²⁺濃度為0.02mol•L^-1，c（Cu²⁺）•[c（OH^-）]²=2×10^-20時，開始出現(xiàn)沉淀，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp}{c（Cu{\;}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-20}}{0.02}}$=10^-9mol•L^-1，pH=5，即若要生成沉淀，則應調節(jié)溶液的pH大于5；
故答案為：5；
（5）“煅燒”反應生成ZnO、二氧化碳和水，反應方程式為：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，涉及物質的性質與制備、物質的檢驗等知識，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，難度中等．