Question

3．煉鐵高爐的煙塵中主要含有Fe₂O₃和FeO，還含有少量的CuO、ZnO、SiO₂等物質(zhì)．通過圖1步驟可從煙塵中得到有用物質(zhì)．

已知：25℃，K_sp[Fe（OH）₃]=4×10^-38  K_b（NH₃•H₂O）=1.75×10^-5
（1）“酸浸”步驟中所用的硫酸濃度太高會產(chǎn)生SO₂有害氣體，但也不能太低，理由是濃度太低，酸浸速率慢．
（2）已知“氧化”步驟中1molMnO₂得到2mole^-，寫出反應(yīng)的離子方程式2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O．能判斷氧化是否完全的試劑是C（填標號）．
A．氯水     B．硫氰酸鉀溶液     C．高錳酸鉀酸性溶液  D．氫氧化鈉溶液
（3）“除鐵”步驟中用氨水將溶液的pH調(diào)節(jié)到5，若溫度為25℃，溶液中c （Fe³⁺）=4×10^-11mol•L^-1，$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=1.75×10⁴．
（4）“除錳”步驟中還原產(chǎn)物為K₂SO₄，則反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1．
（5）“還原”步驟中X是鋅．
（6）電解ZnSO₄溶液的裝置如圖2所示．陽極的電極反應(yīng)式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 煉鐵高爐的煙塵中主要含有Fe₂O₃和FeO，還含有少量的CuO、ZnO、SiO₂等物質(zhì)，用硫酸酸浸后過濾得到濾液中含有鋅離子、亞鐵離子等，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值除去鐵離子，再加入過二硫酸鉀生成二氧化錳除去錳，再加入足量的鋅除去銅離子，得到硫酸鋅的溶液，電解硫酸鋅溶液得到金屬鋅，
（1）酸濃度低浸取塑料��；
（2）二氧化錳具有氧化性，酸性溶液中能氧化亞鐵離子生成鐵離子，二氧化錳被還原為錳離子；檢驗亞鐵離子可以利用其還原性選擇高錳酸鉀溶液檢驗；
（3）結(jié)合氫氧化鐵溶度積常數(shù)計算鐵離子濃度，$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$×$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kb}{c（O{H}^{-}）}$；
（4）根據(jù)電子得失守恒和元素守恒書寫過二硫酸鉀和硫酸錳反應(yīng)的化學(xué)方程式得到氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比；
（5）分析可知X為鋅；
（6）電解ZnSO₄溶液，陽極為石墨，溶液中氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；

解答 解：煉鐵高爐的煙塵中主要含有Fe₂O₃和FeO，還含有少量的CuO、ZnO、SiO₂等物質(zhì)，用硫酸酸浸后過濾得到濾液中含有鋅離子、亞鐵離子等，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值除去鐵離子，再加入過二硫酸鉀生成二氧化錳除去錳，再加入足量的鋅除去銅離子，得到硫酸鋅的溶液，電解硫酸鋅溶液得到金屬鋅，
（1）“酸浸”步驟中所用的硫酸濃度太高會產(chǎn)生SO₂有害氣體，但也不能太低，理由是濃度太低，酸浸速率慢，
故答案為：濃度太低，酸浸速率慢；
（2）二氧化錳具有氧化性，酸性溶液中能氧化亞鐵離子生成鐵離子，二氧化錳被還原為錳離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，檢驗亞鐵離子可以利用其還原性選擇高錳酸鉀溶液檢驗，滴入高錳酸鉀溶液褪色石墨含有亞鐵離子，不褪色則不含亞鐵離子，能判斷氧化是否完全的試劑是C，
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；C；
（3）“除鐵”步驟中用氨水將溶液的pH調(diào)節(jié)到5，若溫度為25℃，溶液中c （Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-9}）^{3}}$=4×10^-11，$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$×$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kb}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1.75×1{0}^{-5}}{1{0}^{-9}}$=
1.75×10⁴，
故答案為：4×10^-11；1.75×10⁴；
（4）“除錳”步驟中還原產(chǎn)物為K₂SO₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MnSO₄+K₂S₂O₈+2H₂O=MnO₂+K₂SO₄+2H₂SO₄，
則反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1，
故答案為：1：1；
（5）加入足量的鋅除去銅離子，“還原”步驟中X是Zn，
故答案為：Zn；
（6）電解ZnSO₄溶液的裝置如圖2所示．，陽極為石墨，溶液中氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極的電極反應(yīng)式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；

點評 本題考查了物質(zhì)分離提純、離子選擇和除雜試劑選擇、電解池原理等知識點，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．