Question

12．工業(yè)上利用鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物）制取金屬鋅的流程如圖所示．回答下列問題：

（1）酸浸時(shí)ZnFe₂O₄會(huì)生成兩種鹽，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
（2）凈化Ⅰ操作分為兩步：第一步是將溶液中少量的Fe²⁺氧化；第二步是控制溶液pH，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀．
①寫出酸性條件下H₂O₂與Fe²⁺反應(yīng)的離子方程式：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
②25℃時(shí)，pH=3的溶液中，c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol•L^-1（已知25℃，K_sp=4.0×10^-38）．
③凈化Ⅰ生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)，溶液中的懸浮雜質(zhì)被共同沉淀的原因是Fe（OH）₃膠體（沉淀）具有吸附性；
（3）若沒有凈化Ⅱ操作，則對(duì)鋅的制備帶來的影響是制取的鋅含銅等雜質(zhì)；
（4）本流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)除鋅外還有H₂SO₄、ZnSO₄．

Answer 1

分析 將鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物）酸浸，發(fā)生反應(yīng)CaO+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O（硫酸鈣微溶于水），ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，NiO+2H⁺=Ni²⁺+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，然后向溶液中加入Zn，可以置換出銅和鎳，然后過濾，最后電解得到Zn．
（1）酸浸時(shí)ZnFe₂O₄會(huì)生成兩種鹽，兩種鹽分別為硫酸鋅、硫酸鐵，即ZnFe₂O₄與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅、硫酸鐵；
（2）①雙氧水具有氧化性，能夠?qū)�亞鐵離子氧化成鐵離子；
②根據(jù)氫氧化鐵的溶度積及pH=3計(jì)算出溶液中鐵離子濃度；
③根據(jù)Fe（OH）₃膠體（沉淀）具有的吸附性進(jìn)行分析；
（3）鋅焙砂中含有CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物，反應(yīng)后溶液中存在銅離子，沒有凈化Ⅱ操作，電解制取的鋅會(huì)含有銅等雜質(zhì)；
（4）根據(jù)制取流程可以看出，能夠循環(huán)利用的物質(zhì)有鋅、硫酸和硫酸鋅．

解答 解：（1）根據(jù)信息，酸浸時(shí)ZnFe₂O₄會(huì)生成兩種鹽，這兩種鹽分別為硫酸鋅、硫酸鐵，即ZnFe₂O₄與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅、硫酸鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O，
故答案為：ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
（2）①亞鐵離子被雙氧水氧化成鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；

②氫氧化鐵的溶度積Ksp[Fe（ OH）₃]=4.0×10^-38，pH=3的溶液中，氫氧根離子的濃度為1×10^-11mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1×1{0}^{-11}）^{3}}$ mol/L=4.0×10^-5mol/L，

故答案為：4.0×10^-5；
③由于生成的Fe（OH）₃膠體（沉淀）具有吸附性，所以凈化Ⅰ生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)，
故答案為：Fe（OH）₃膠體（沉淀）具有吸附性；
（3）由于鋅焙砂中含有CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物，反應(yīng)后溶液中存在銅離子，沒有凈化Ⅱ操作，電解制取的鋅中會(huì)含有銅等雜質(zhì)，
故答案為：制取的鋅含銅等雜質(zhì)；
（4）通過制取金屬鋅的流程圖示可以知道，可以循環(huán)利用的物質(zhì)除鋅外，含有硫酸、硫酸鋅，
故答案為：H₂SO₄、ZnSO₄．

點(diǎn)評(píng) 本題借助制取金屬鋅的流程考查了離子濃度計(jì)算、離子方程式、化學(xué)方程式的書寫等知識(shí)，注意合理分析題中信息，本題難度中等，充分考查了分析、理解能力．