Question

8．以煉鋅廠的煙道灰如圖（主要成分為ZnO，還含有少量Fe₂O₃、CuO、SiO₂、MnO等）為原料可生產(chǎn)草酸鋅晶體（ZnC₂O₄•2H₂O）．

有關氫氧化物開始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氫氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2
開始沉淀時的pH	1.9	6.5	4.2	5.4
完全沉淀時的pH	3.3	9.7	6.7	8.2

已知：K_sp（FeS）=1.4×10^-39，K_sp（MnS）=1.4×10^-13．
（1）濾渣A的主要成分為SiO₂（填化學式）．
（2）生成濾渣B的離子方程式為ZnS+Cu²⁺=CuS+Zn²⁺．
（3）除鐵時加入ZnO控制反應液的pH范圍為3.3～5.4．
（4）該煉鋅廠廢氣中含有H₂S，可用FeCl₃溶液吸收H₂S，得到單質硫，過濾后，再以石墨為電極，在一定條件下電解濾液．
①FeCl₃與H₂S反應的離子方程式為2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺．
②電解池中陰極的電極反應式為2H⁺-2e^-=H₂↑．
（5）25℃時，向0.10mol•L^-1的H₂S溶液中通入HCl氣體或加入NaOH固體以調(diào)節(jié)溶液pH與c（S^2-）的關系如圖2所示（忽略溶液體積的變化和H₂S的揮發(fā)）

①pH=13時，溶液中的c（H₂S）+c（HS^-）=0.043mol•L^-1
②某溶液中含未知濃度的Mn²⁺、0.01mol•L^-1Fe²⁺和0.10mol•L^-1H₂S，當溶液pH=2時，F(xiàn)e²⁺ 開始沉淀，當Mn²⁺開始沉淀時，溶液中
$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（F{e}^{2+}）}$=2×10⁶．

Answer 1

分析 用鹽酸酸浸時SiO₂不溶解，過濾分離，濾渣A為SiO₂，濾液中加入過氧化氫進行除錳，再通過調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾分離，濾液中再加入ZnS，Cu²⁺轉化為CuS沉淀，過濾除去的濾渣B為CuS，濾液中主要為氯化鋅，加入草酸銨得到草酸鋅晶體，最終的濾液中含有氯化銨等；
（1）由分析可知，煙道灰中的成分不溶于稀鹽酸的應該是二氧化硅；
（2）濾渣B為CuS，加入ZnS是利用沉淀的轉化將溶液里的Cu²⁺轉化為CuS；
（3）除鐵（部分Cu²⁺可能被除去）時加入ZnO控制pH使鐵離子沉淀完全，而Zn²⁺不能沉淀；
（4）①三價鐵離子具有強的氧化性能夠氧化硫化氫生成單質硫；
②電解池的陰極是溶液中的H⁺發(fā)生還原反應生成氫氣；
（5）①pH=13時，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根據(jù)硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1；
②當Qc=K_sp（MnS）時開始沉淀，由此求出硫離子的濃度，結合圖象得出此時的pH；根據(jù)MnS和FeS的Ksp計算；

解答 解：用鹽酸酸浸時SiO₂不溶解，過濾分離，濾渣A為SiO₂，濾液中加入過氧化氫進行除錳，再通過調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾分離，濾液中再加入ZnS，Cu²⁺轉化為CuS沉淀，過濾除去的濾渣B為CuS，濾液中主要為氯化鋅，加入草酸銨得到草酸鋅晶體，最終的濾液中含有氯化銨等；
（1）由分析可知，濾渣A為SiO₂，故答案為：SiO₂；
（2）利用相同條件下CuS的溶解度明顯小于ZnS，加入ZnS可將溶液里Cu²⁺轉化為沉淀CuS，離子反應式為：ZnS+Cu²⁺=CuS+Zn²⁺，故答案為：ZnS+Cu²⁺=CuS+Zn²⁺；
（3）除鐵（部分Cu²⁺可能被除去）時加入ZnO控制pH使鐵離子沉淀完全，而Zn²⁺不能沉淀，故控制反應液pH的范圍為3.3～5.4，
故答案為：3.3～5.4；
（4）①FeCl₃與H₂S反應生成硫單質、二價鐵離子和水，離子方程式為 2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺；
故答案為：2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺；
②陰極生成氫氣，電極反應式：2H⁺-2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺-2e^-=H₂↑；
（5）①根據(jù)溶液pH與c（S^2-）關系圖pH=13時，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根據(jù)硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1，所以c（H₂S）+c（HS^-）=0.1-5.7×10^-2=0.043mol/L，
故答案為：0.043；
②當Qc=K_sp（FeS）時開始沉淀，所以c（S^2-）=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{c（F{e}^{2+}）}$=$\frac{1.4×1{0}^{-19}}{0.01}$mol/L=1.4×10^-17mol/L，結合圖象得出此時的pH=2，所以pH=2時亞鐵離子開始沉淀；
溶液中$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（F{e}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（MnS）}{{K}_{sp}（FeS）}$=$\frac{2.8×1{0}^{-13}}{1.4×1{0}^{-19}}$mol/L=2×10⁶；
故答案為：2；2×10⁶．

點評 本題考查物質制備工藝流程，關鍵是對工藝流程的理解，涉及陌生方程式書寫、物質的分離提純、對條件的控制與分析、原電池原理及計算等，是對學生綜合能力的考查，是高考常考題目，熟練掌握元素化合物性質．