Question

19．某研究小組利用廢棄的氧化銅鋅礦（主要成分為CuO、ZnO、Fe₂O₃，還含有少量的CuS和ZnS等）制取活性ZnO，實(shí)驗(yàn)流程如圖：

已知各離子開(kāi)始沉淀及完全沉淀時(shí)的pH如下表所示：

離子	開(kāi)始沉淀時(shí)的pH	完全沉淀時(shí)的pH
Fe2+	6.3	9.7
Fe3+	1.4	3.2
Zri2+	6.2	8.0

回答下列問(wèn)題：
（1）在“酸浸”步驟中，為提高浸出速率，可以采取的措施是粉碎礦石、攪拌、適當(dāng)增大酸濃度適當(dāng)升高溫度；“浸渣”中只含有CuS，則相同溫度下：K_sp（CuS）＜（填“＞”、“＜”或“=”）K_sp（ZnS）．
（2）酸浸后加入鐵粉可發(fā)生多個(gè)反應(yīng)，其中屬于化合反應(yīng)的化學(xué)方程式是Fe₂（SO₄）₃+Fe═3FeSO₄．
（3）除鐵過(guò)程中物質(zhì)A應(yīng)使用下列物質(zhì)中的b（填字母）；該過(guò)程中加入氨水的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，pH應(yīng)控制在3.2≤pH＜6.2范圍之間．
a．KMnO₄    b．H₂O₂    C．NaCIO
（4）證明Zn₂（OH）₂CO₃已洗凈的方法是取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸鋇溶液，無(wú)沉淀生成，說(shuō)明已洗凈．
（5）在強(qiáng)堿性環(huán)境中，F(xiàn)e（OH）₃可被KCIO溶液氧化得到一種高效的多功能水處理劑K₂FeO₄．將除鐵后得到的10.7g Fe（OH）₃全部氧化，至少需要1mo1•L^-l KC1O溶液150mL．

Answer 1

分析 某研究小組利用廢棄的氧化銅鋅礦（主要成分為CuO、ZnO、Fe₂O₃，還含有少量的CuS和ZnS等）制取活性ZnO，根據(jù)流程圖分析，廢棄的氧化銅鋅礦中含有CuO、ZnO、Fe₂O₃，及少量的CuS和ZnS，加入10%的硫酸酸浸，產(chǎn)生Cu²⁺，Zn²⁺，F(xiàn)e³⁺，過(guò)量的H₂SO₄，ZnS溶解，CuS作為濾渣過(guò)濾除去；加入Fe，置換出Cu，過(guò)濾掉Cu，F(xiàn)e還原Fe³⁺生成Fe²⁺，此時(shí)溶液中存在Zn²⁺，F(xiàn)e²⁺，SO₄^2-，加入A物質(zhì)和氨水出鐵，產(chǎn)生Fe（OH）₃沉淀，則A為某氧化劑，考慮到除雜不引入其他雜質(zhì)，則A應(yīng)選用H₂O₂，還原被還原成H₂O，多余的H₂O₂加熱即可除去，此時(shí)溶液中存在ZnSO₄，過(guò)量的氨水；加入NH₄HCO₃和氨水沉淀Zn²⁺，沉淀產(chǎn)物為Zn₂（OH）₂CO₃，過(guò)濾出堿式碳酸鋅，經(jīng)過(guò)焙燒產(chǎn)生活性ZnO達(dá)到生產(chǎn)目的，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）在“酸浸”步驟中，為提高浸出速率，可以采取的措施是粉碎礦石、攪拌、適當(dāng)增大酸濃度，還可以從反應(yīng)速率角度考慮，適當(dāng)升高溫度也可以達(dá)到目的，“浸渣”中只含有CuS，表明CuS比ZnS更難溶，二者為同類型難溶物質(zhì)，可以直接根據(jù)溶解性比較K_sp，則則相同溫度下：K_sp（CuS）＜K_sp（ZnS），
故答案為：適當(dāng)升高溫度；＜；
（2）酸浸后加入鐵粉可發(fā)生多個(gè)反應(yīng)，有置換反應(yīng)，F(xiàn)e置換出Cu，F(xiàn)e還原Fe³⁺生成Fe²⁺，其中屬于化合反應(yīng)的為Fe還原Fe³⁺生成Fe²⁺，因此反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₂（SO₄）₃+Fe═3FeSO₄，
故答案為：Fe₂（SO₄）₃+Fe═3FeSO₄；
（3）除鐵過(guò)程中物質(zhì)A為氧化劑，考慮到除雜不引入新的雜質(zhì)，則應(yīng)選用H₂O₂，H₂O₂被還原為H₂O，沒(méi)有引入新雜質(zhì)，過(guò)量的H₂O₂加熱除去即可，故選b，
該過(guò)程中加入氨水的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe³⁺形成Fe（OH）₃沉淀除去雜質(zhì)Fe³⁺，溶液中還存在Zn²⁺，不能使Zn²⁺形成Zn（OH）₂沉淀，使Fe³⁺完全形成Fe（OH）₃沉淀，綜合考慮，應(yīng)控制溶液的pH的范圍在3.2≤pH＜6.2之間，
故答案為：b；3.2≤pH＜6.2；
（4）證明Zn₂（OH）₂CO₃已洗凈，主要是檢驗(yàn)堿式碳酸鋅是否還沾有SO₄^2-，在本實(shí)驗(yàn)流程中，由于沒(méi)有其他離子的干擾，可采用加入硝酸酸化的硝酸鋇檢驗(yàn)，方法是取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸鋇溶液，無(wú)沉淀生成，說(shuō)明已洗凈，
故答案為：取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的硝酸鋇溶液，無(wú)沉淀生成，說(shuō)明已洗凈；
（5）在強(qiáng)堿性環(huán)境中，F(xiàn)e（OH）₃可被KCIO溶液氧化得到一種高效的多功能水處理劑K₂FeO₄，將除鐵后得到的10.7g Fe（OH）₃全部氧化，10.7gFe（OH）₃的物質(zhì)的量為$\frac{10.7g}{107g/mol}$=0.1mol，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，根據(jù)電子得失守恒，n（Fe）×（6-3）=n（Cl）×[1-（-1）]，根據(jù)Cl元素守恒，反應(yīng)需要消耗KClO的物質(zhì)的量為n（KClO）=$\frac{n[Fe（OH）_{3}]×3}{2}$=0.15mol，則至少需要1mo1/L的^-KC1O溶液的體積為V=$\frac{n（KClO）}{c}$=$\frac{0.15mol}{1mol/L}$=0.15L=150mL，
故答案為：150．

點(diǎn)評(píng) 本題考查無(wú)機(jī)工藝流程，根據(jù)流程圖分析，明確流程中每步發(fā)生的反應(yīng)是解題的關(guān)鍵，注意除雜時(shí)不能除去需要的物質(zhì)，不能引入新的雜質(zhì)，這是易錯(cuò)點(diǎn)，題目難度中等．