Question

4．鋅鋇白是一種白色顏料．工業(yè)上是由ZnSO₄與BaS溶液混合而成：BaS+ZnSO₄=ZnS↓+BaSO₄↓．請(qǐng)根據(jù)以下工業(yè)生產(chǎn)流程回答有關(guān)問題．

Ⅰ、ZnSO₄溶液的制備與提純：
有關(guān)資料：a．菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等；
b．Zn（OH）₂與Al（OH）₃相似，能溶于過量的NaOH溶液生成Na₂ZnO₂．
（1）②中使用的氧化劑最好是下列的D（選填字母代號(hào)）．
A．Cl₂ B．濃HNO₃ C．KMnO₄ D．H₂O₂
（2）為了達(dá)到綜合利用、節(jié)能減排的目的，上述流程步驟④中的CO₂可以來自于步①（選填①、②、③、⑤）．
（3）寫出步驟④后產(chǎn)生濾渣3的化學(xué)式Zn（OH）₂．
（4）與Al相似，Zn也能溶于NaOH溶液．寫出將Zn片和Cu片放入NaOH溶液中形成原電池的負(fù)極電極反應(yīng)式：Zn-2e^-+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O．
Ⅱ、BaS溶液的制備：

有關(guān)數(shù)據(jù)：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H₁=-1473.2kJ•mol^-1
C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H₂=-110.5kJ•mol^-1
Ba（s）+S（s）=BaS（s）△H₃=-460kJ•mol^-1
（5）若煅燒還原的產(chǎn)物僅為BaS和CO，則其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ•mol^-1．
Ⅲ、制取鋅鋇白：
（6）如果生產(chǎn)流程步驟⑤硫酸過量，則ZnSO₄與BaS溶液混合制取鋅鋇白產(chǎn)生的后果是過量的酸與BaS溶液混合會(huì)產(chǎn)生有毒的H₂S污染空氣，而且會(huì)降低鋅鋇白的產(chǎn)率．

Answer 1

分析 I．由圖或者流程可知，菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等，加硫酸，只有SiO₂不反應(yīng)，經(jīng)過過濾進(jìn)行分離，則濾渣1為SiO₂，濾液1含有硫酸銅、硫酸亞鐵、硫酸鋅、剩余的硫酸，②加氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，再加過量的NaOH，Zn²⁺轉(zhuǎn)化ZnO₂^2-，使Cu²⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，通過過濾從溶液中除去，則濾渣2為Fe（OH）₃、Cu（OH）₂，濾液2中含有Na₂ZnO₂及過量的NaOH，④通二氧化碳將ZnO₂^2-轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾渣3為Zn（OH）₂，步驟⑤主要發(fā)生氫氧化鋅與硫酸的反應(yīng)，濾液3含有碳酸氫鈉．
（1）加氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，不能引入新雜質(zhì)；
（2）上述各步驟中，只有步驟①中有二氧化碳生成；
（3）步驟④通二氧化碳將ZnO₂^2-轉(zhuǎn)化為Zn（OH）₂；
（4）Zn與NaOH溶液反應(yīng)，Zn作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子，堿性條件下生成ZnO₂^2-與H₂O；
Ⅱ．（5）煅燒發(fā)生反應(yīng)：BaSO₄+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaS+4CO↑，根據(jù)已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
Ⅲ．（6）步驟⑤中硫酸過量，過量的酸與BaS溶液混合會(huì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生有毒的H₂S污染空氣，而且會(huì)降低鋅鋇白的產(chǎn)率．

解答 解：I．由圖或者流程可知，菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃等，加硫酸，只有SiO₂不反應(yīng)，經(jīng)過過濾進(jìn)行分離，則濾渣1為SiO₂，濾液1含有硫酸銅、硫酸亞鐵、硫酸鋅、剩余的硫酸，②加氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，再加過量的NaOH，Zn²⁺轉(zhuǎn)化ZnO₂^2-，使Cu²⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，通過過濾從溶液中除去，則濾渣2為Fe（OH）₃、Cu（OH）₂，濾液2中含有Na₂ZnO₂及過量的NaOH，④通二氧化碳將ZnO₂^2-轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾渣3為Zn（OH）₂，步驟⑤主要發(fā)生氫氧化鋅與硫酸的反應(yīng)，濾液3含有碳酸氫鈉．
（1）加氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，不能引入新雜質(zhì)，氯氣做氧化劑會(huì)引入氯離子，且氯氣有毒，濃HNO₃做氧化劑會(huì)被還原為有毒氣體，引入雜質(zhì)離子NO₃^-，KMnO₄ 做氧化劑會(huì)引入K⁺、MnO₄^-，過氧化氫做氧化劑被還原為水，不引入新的雜質(zhì)，過量的過氧化氫加熱分解生成氧氣和水，
故選：D；
（2）上述各步驟中，只有步驟①中有二氧化碳生成，故選：①；
（3）步驟④通二氧化碳將ZnO₂^2-轉(zhuǎn)化為Zn（OH）₂，則濾渣3為Zn（OH）₂，故答案為：Zn（OH）₂；
（4）Zn與NaOH溶液反應(yīng)，Zn作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子，堿性條件下生成ZnO₂^2-與H₂O，負(fù)極電極反應(yīng)式為：Zn-2e^-+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O，故答案為：Zn-2e^-+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O；
Ⅱ．（5）煅燒發(fā)生反應(yīng)：BaSO₄+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$BaS+4CO↑，
已知：①Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）；△H=-1473.2kJ•mol^-1
②C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）；△H=-110.5kJ•mol^-1
③Ba（s）+S（s）=BaS（s）；△H=-460kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律，②×4-③-①得到熱化學(xué)方程式為：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ•mol^-1，
故答案為：BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2 kJ•mol^-1；
Ⅲ．（6）步驟⑤中硫酸過量，過量的酸與BaS溶液混合會(huì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生有毒的H₂S污染空氣，而且會(huì)降低鋅鋇白的產(chǎn)率，
故答案為：過量的酸與BaS溶液混合會(huì)產(chǎn)生有毒的H₂S污染空氣，而且會(huì)降低鋅鋇白的產(chǎn)率．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，涉及物質(zhì)的分離提純、對(duì)操作步驟及試劑的分析評(píng)價(jià)、電極反應(yīng)式書寫、熱化學(xué)方程式書寫等，理解工藝流程原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．