Question

4．高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素．從煙塵中提取硫酸鋅，可以變廢為寶，減少其對(duì)環(huán)境的危害．圖是用高爐煙塵制取硫酸鋅的工業(yè)流程．

已知：
①20℃時(shí)，0.1mol•L^-1的金屬離子沉淀時(shí)的pH

pH	Fe3+	Zn2+	Mn2+	Cu2+
開始沉淀	1.9	6.0	8.1	4.7
沉淀完全	3.7	8.0	10.1	6.7
沉淀溶解	不溶解	10.5	不溶解	/

②過二硫酸銨是一種強(qiáng)氧化劑．
③ZnSO₄+4NH₃=[Zn（NH₃）₄]SO₄，[Zn（NH₃）₄]SO₄易溶于水．
回答下列問題：
（1）為提高煙塵中金屬離子的浸出率，除了適度增加硫酸濃度外，還可以采取什么措施？（舉出1種）升高溫度．
（2）上述流程測(cè)得溶液pH=5.0，此處可以選擇的測(cè)量?jī)x器是pH計(jì)．
（3）加入MnO₂的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺．
（4）寫出還原過程發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu．
（5）寫出過二硫酸銨把硫酸錳（MnSO₄）氧化的化學(xué)方程式MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄．
（6）操作甲中為使鋅離子完全沉淀，添加的最佳試劑是C
A、鋅粉    B、氨水   C、（NH₄）₂CO₃   D、NaOH
（7）若pH=5.0時(shí)，溶液中的Cu²⁺尚未開始沉淀，求溶液中允許的Cu²⁺濃度的最大值10^-1.6mol/L．

Answer 1

分析 高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素，用硫酸酸浸，過濾得到濾液中含有鋅離子、亞鐵離子、銅離子等，用二氧化錳氧化亞鐵離子生成鐵離子，再加氨水調(diào)節(jié)pH值使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去，用過二硫酸銨除去錳離子，再加入足量的鋅除去銅離子，得到硫酸銨、硫酸鋅的混合溶液，在溶液中加足量的（ NH₄）₂CO₃ 使鋅離子完全沉淀，過濾分離后用硫酸溶解得到硫酸鋅．
（1）提高浸出率可從濃度、溫度、攪拌等影響化學(xué)反應(yīng)速率的角度分析；
（2）測(cè)量溶液pH可以用pH計(jì)；
（3）加入MnO₂可以將亞鐵離子氧化成鐵離子；
（4）還原過程中鋅置換出銅；
（5）過二硫酸銨和硫酸錳反應(yīng)生成二氧化錳、硫酸銨、硫酸，根據(jù)電子得失守恒和原子守恒配平書寫；
（6）使鋅離子完全沉淀，要調(diào)節(jié)溶液的pH值且要不引入新的雜質(zhì)；
（7）根據(jù)0.1mol．L^-1Cu²⁺開始沉淀時(shí)pH=4.7，可計(jì)算出Ksp[Cu（OH）₂]，根據(jù)Ksp可計(jì)算出pH=5.0時(shí)，溶液中的Cu²⁺濃度的最大值．

解答 解：高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素，用硫酸酸浸，過濾得到濾液中含有鋅離子、亞鐵離子、銅離子等，用二氧化錳氧化亞鐵離子生成鐵離子，再加氨水調(diào)節(jié)pH值使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去，用過二硫酸銨除去錳離子，再加入足量的鋅除去銅離子，得到硫酸銨、硫酸鋅的混合溶液，在溶液中加足量的（ NH₄）₂CO₃ 使鋅離子完全沉淀，過濾分離后用硫酸溶解得到硫酸鋅．
（1）升高溫度、攪攔、增加浸出時(shí)間等可以提高煙塵中金屬離子的浸出率，故答案為：升高溫度；
（2）測(cè)量溶液pH可以用pH計(jì)，故答案為：pH計(jì)；
（3）加入MnO₂可以將亞鐵離子氧化成鐵離子，通過調(diào)節(jié)溶液pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
（4）還原過程中鋅置換出銅，反應(yīng)的離子方程式為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu，
故答案為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
（5）過二硫酸銨和硫酸錳反應(yīng)生成二氧化錳、硫酸銨、硫酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄，
故答案為：MnSO₄+（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄；
（6）由于在前面的步驟中已經(jīng)加過鋅，所以鋅不能使鋅離子完全沉淀，氨水與鋅離子形成配合離子溶于水，氫氧化鈉會(huì)引入新雜質(zhì)，所以要使鋅離子完全沉淀，只能用碳酸銨，故選C；
（7）根據(jù)0.1mol．L^-1Cu²⁺開始沉淀時(shí)pH=4.7，可知Ksp[Cu（OH）₂]=0.1×（10^-9.3）²=10^-19.6，根據(jù)Ksp可知pH=5.0時(shí)，所以溶液中的Cu²⁺濃度的最大值為$\frac{1{0}^{-19.6}}{（1{0}^{-9}）^{2}}$mol/L=10^-1.6mol/L，
故答案為：10^-1.6mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題是物質(zhì)制備工藝流程題目，關(guān)鍵是對(duì)工藝流程的理解，涉及物質(zhì)的分離提純、對(duì)原理與操作的分析評(píng)價(jià)、溶度積有關(guān)計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，為高考常見題型，難度中等．