Question

10．工業(yè)上利用鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量FeO、CuO等雜質(zhì)）制取金屬鋅的工藝流程如下：回答下列問(wèn)題：


（1）ZnFe₂O₄是一種性能優(yōu)良的軟磁材料，也是一種催化劑，能催化烯類有機(jī)物氧化脫氫等反應(yīng)．
①ZnFe₂O₄中Fe的化合價(jià)是+3，從物質(zhì)分類角度說(shuō)，ZnFe₂O₄屬于鹽（填“酸”、“堿”或“鹽”）．
②工業(yè)上利用反應(yīng)ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnFe₂O₄+2CO₂↑+4CO↑+6H₂O制備ZnFe₂O₄．該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是ZnFe₂O₄、CO₂（填化學(xué)式），每生成1mol ZnFe₂O₄，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是4mol．
（2）酸浸時(shí)要將鋅焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率．為達(dá)到這一目的，還可采用的措施是增大硫酸的濃度或升高溫度、空氣攪拌等（任答一條）；已知ZnFe₂O₄能溶于酸，則酸浸后溶液中存在的金屬離子有Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺．
（3）凈化Ⅰ中H₂O₂參與反應(yīng)的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；試劑X的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，促進(jìn)Fe³⁺水解．
（4）鋼鐵鍍鋅是鋼鐵防護(hù)的一種有效方法．按圖甲裝置進(jìn)行模擬鐵上鍍鋅的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖乙所示．乙中橫坐標(biāo)x表示電路中通過(guò)電子的物質(zhì)的量，縱坐標(biāo)y表示反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量．
①C電極的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
②E可以表示的量是消耗水的物質(zhì)的量、生成Zn的物質(zhì)的量、生成硫酸的物質(zhì)的量等（任寫一種）．

Answer 1

分析 將鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量FeO、CuO等氧化物雜質(zhì)）酸浸，發(fā)生反應(yīng)ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，向溶液中加入雙氧水，發(fā)生反應(yīng)2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，調(diào)節(jié)溶液的pH將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，調(diào)節(jié)溶液pH時(shí)不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，可以用ZnO，所以X為ZnO，然后向溶液中加入Zn，發(fā)生反應(yīng)Cu²⁺+Zn=Zn²⁺+Cu，然后過(guò)濾，所以Y中含有Cu，最后電解得到Zn，
（1）①ZnFe₂O₄中鋅的化合價(jià)+2價(jià)，氧元素化合價(jià)-2價(jià)，結(jié)合化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算得到Fe的化合價(jià)；
②工業(yè)上利用反應(yīng)ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnFe₂O₄+2CO₂↑+4CO↑+6H₂O制備ZnFe₂O₄．反應(yīng)過(guò)程中鐵元素化合價(jià)+2價(jià)變化為+3價(jià)，碳元素化合價(jià)+3價(jià)變化為+4價(jià)好+2價(jià)；
（2）酸浸時(shí)要將鋅焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率．為達(dá)到這一目的，還可采用的措施是增大硫酸的濃度或升高溫度、空氣攪拌等，已知ZnFe₂O₄能溶于酸，則酸浸后溶液中存在的金屬離子有，氧化鋅溶解得到鋅離子、氧化亞鐵溶解得到亞鐵離子、氧化銅溶解得到銅離子、ZnFe₂O₄能溶于酸得到鐵離子；
（3）化Ⅰ中H₂O₂參與反應(yīng)是雙氧水具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，試劑X的作用是調(diào)節(jié)溶液PH，促進(jìn)Fe³⁺水解生成氫氧化鐵沉淀除去；
（4）由甲可知，為電解裝置，C為陽(yáng)極，發(fā)生4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，Cu為陰極，發(fā)生Cu²⁺+2e^-=Cu；由乙可知，轉(zhuǎn)移4mol電子生成2molE，E為Cu，生成1molF，F(xiàn)為氧氣，以此來(lái)解答．

解答 解：將鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量FeO、CuO等氧化物雜質(zhì)）酸浸，發(fā)生反應(yīng)ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，向溶液中加入雙氧水，發(fā)生反應(yīng) 2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，調(diào)節(jié)溶液的pH將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，調(diào)節(jié)溶液pH時(shí)不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，可以用ZnO，所以X為ZnO，然后向溶液中加入Zn，發(fā)生反應(yīng)Cu²⁺+Zn=Zn²⁺+Cu，然后過(guò)濾，所以Y中含有Cu，最后電解得到Zn，
（1）①ZnFe₂O₄中鋅的化合價(jià)+2價(jià)，氧元素化合價(jià)-2價(jià)，結(jié)合化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算得到Fe的化合價(jià)，+2+x×2+（-2）×4=0，x=+3，從物質(zhì)分類角度說(shuō)，物質(zhì)是酸根離子和金屬陽(yáng)離子構(gòu)成，所以ZnFe₂O₄屬于鹽，
故答案為：+3；鹽；
②工業(yè)上利用反應(yīng)ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnFe₂O₄+2CO₂↑+4CO↑+6H₂O制備ZnFe₂O₄．反應(yīng)過(guò)程中鐵元素化合價(jià)+2價(jià)變化為+3價(jià)，碳元素化合價(jià)+3價(jià)變化為+4價(jià)好+2價(jià)，則氧化產(chǎn)物為：ZnFe₂O₄、CO₂，每生成1mol ZnFe₂O₄，碳元素化合價(jià)+3價(jià)變化為+2價(jià)降低得到電子，每生成1mol ZnFe₂O₄，生成4molCO轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是4mol，
故答案為：ZnFe₂O₄、CO₂；4mol；
（2）酸浸時(shí)要將鋅焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率．為達(dá)到這一目的，還可采用的措施是增大硫酸的濃度或升高溫度、空氣攪拌等，已知ZnFe₂O₄能溶于酸，則酸浸后溶液中存在的金屬離子有，氧化鋅溶解得到鋅離子、氧化亞鐵溶解得到亞鐵離子、氧化銅溶解得到銅離子、ZnFe₂O₄能溶于酸得到鐵離子，所以得到的金屬離子有：Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，
故答案為：增大硫酸的濃度或升高溫度、空氣攪拌等；Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺；
（3）凈化Ⅰ中H₂O₂參與反應(yīng)是雙氧水具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，試劑X的作用是調(diào)節(jié)溶液PH，促進(jìn)Fe³⁺水解生成氫氧化鐵沉淀除去，
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；調(diào)節(jié)溶液的pH，促進(jìn)Fe³⁺水解；
（4）由甲可知，為電解裝置，C為陽(yáng)極，發(fā)生4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，Cu為陰極，發(fā)生Cu²⁺+2e^-=Cu，總反應(yīng)為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，結(jié)合乙可知，轉(zhuǎn)移4mol電子生成2molE，生成1molF，
①C為陽(yáng)極，電極的電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
  ②由總反應(yīng)可知，Cu與水的物質(zhì)的量相同，則E表示反應(yīng)消耗水的物質(zhì)的量，由電子與物質(zhì)的物質(zhì)的量的關(guān)系可知E表示反應(yīng)生成鋅的物質(zhì)的量，也可以為生成硫酸的物質(zhì)的量，
故答案為：消耗水的物質(zhì)的量、生成Zn的物質(zhì)的量、生成硫酸的物質(zhì)的量．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離和提純，為高考高頻點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、判斷、知識(shí)運(yùn)用及基本操作能力，能從整體上分析解答，知道流程圖中每個(gè)步驟發(fā)生的反應(yīng)、操作方法，題目難度中等．