Question

4．以菱鋅礦（主要成分為ZnCO₃，同時(shí)含有MnO、FeO、Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料生產(chǎn)堿式碳酸鋅[ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O]的工藝流程如圖．已知Fe²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺生成氫氧化物沉淀的pH見(jiàn)表：

待沉淀離子	Fe2+	Fe3+	Zn2+
開(kāi)始沉淀時(shí)pH	5.8	1.1	5.9
完全沉淀時(shí)pH	8.8	3.2	8.0

（1）ZnCO₃酸溶時(shí)的離子方程式為ZnCO₃+2H⁺═Zn²⁺+H₂O+CO₂↑．
（2）用KMnO₄溶液除去Mn²⁺的離子方程式為2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺．
（3）濾渣2主要成分的化學(xué)式是Fe（OH）₃．
（4）過(guò)濾2所得濾液中含有的主要陽(yáng)離子是Na⁺、K⁺．
（5）生成的產(chǎn)品需經(jīng)充分洗滌，檢驗(yàn)產(chǎn)品完全洗凈的方法是取最后一次洗滌液，加鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若無(wú)沉淀，則已洗凈．
（6）Zn²⁺完全沉淀時(shí)溶液中c（Zn²⁺）=10^-5mol•L^-1，則該溫度下K_sp[Zn（OH）₂]的值為10^-17．

Answer 1

分析 菱鋅礦主要成分為ZnCO₃，同時(shí)含有MnO、FeO、Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，向菱鋅礦中加入稀硫酸并加熱，ZnCO₃、MnO、FeO、Fe₂O₃發(fā)生反應(yīng)生成ZnSO₄、MnSO₄、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃，二氧化硅不溶于稀硫酸，過(guò)濾得到濾渣1為SiO₂，向?yàn)V液中加入高錳酸鉀，發(fā)生反應(yīng)2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，F(xiàn)e ²⁺被氧化生成Fe³⁺，過(guò)濾得到MnO₂，調(diào)節(jié)濾液pH為2，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，濾渣2為Fe（OH）₃，向?yàn)V液中加入Na₂CO₃，發(fā)生反應(yīng)CO₃^2-+2H⁺═H₂O+CO₂↑，同時(shí)得到[ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O]，過(guò)濾得到的濾液成分為Na₂SO₄、K₂SO₄，將濾渣洗滌、干燥得到產(chǎn)品；
（1）ZnCO₃酸溶時(shí)和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和二氧化碳、水；
（2）用KMnO₄溶液除去Mn²⁺時(shí)，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化錳和氫離子；
（3）濾渣2主要成分的化學(xué)式是Fe（OH）₃；
（4）過(guò)濾2所得濾液中溶質(zhì)為Na₂SO₄、K₂SO₄；
（5）生成的產(chǎn)品可能吸附硫酸根離子，硫酸根離子用鹽酸酸化的氯化鋇溶液檢驗(yàn)；
（6）Zn²⁺完全沉淀時(shí)溶液中c（Zn²⁺）=10^-5mol•L^-1，溶液的pH=8，則溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-8}}$mol/L=10^-6
mol/L，則該溫度下K_sp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）．c²（OH^-）．

解答 解：菱鋅礦主要成分為ZnCO₃，同時(shí)含有MnO、FeO、Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，向菱鋅礦中加入稀硫酸并加熱，ZnCO₃、MnO、FeO、Fe₂O₃發(fā)生反應(yīng)生成ZnSO₄、MnSO₄、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃，二氧化硅不溶于稀硫酸，過(guò)濾得到濾渣1為SiO₂，向?yàn)V液中加入高錳酸鉀，發(fā)生反應(yīng)2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，F(xiàn)e ²⁺被氧化生成Fe³⁺，過(guò)濾得到MnO₂，調(diào)節(jié)濾液pH為2，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，濾渣2為Fe（OH）₃，向?yàn)V液中加入Na₂CO₃，發(fā)生反應(yīng)CO₃^2-+2H⁺═H₂O+CO₂↑，同時(shí)得到[ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O]，過(guò)濾得到的濾液成分為Na₂SO₄、K₂SO₄，將濾渣洗滌、干燥得到產(chǎn)品；
（1）ZnCO₃酸溶時(shí)和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和二氧化碳、水，離子方程式為ZnCO₃+2H⁺═Zn²⁺+H₂O+CO₂↑
，故答案為：ZnCO₃+2H⁺═Zn²⁺+H₂O+CO₂↑；
（2）高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，錳離子具有還原性，能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，用KMnO₄溶液除去Mn²⁺時(shí)，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化錳和氫離子，離子方程式為2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，
故答案為：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；
（3）通過(guò)以上分析知，濾渣2主要成分的化學(xué)式是Fe（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃；
（4）過(guò)濾2所得濾液中溶質(zhì)為Na₂SO₄、K₂SO₄，所以含有的陽(yáng)離子為Na⁺、K⁺，
故答案為：Na⁺、K⁺；
（5）生成的產(chǎn)品可能吸附硫酸根離子，硫酸根離子用鹽酸酸化的氯化鋇溶液檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)方法為取最后一次洗滌液，加鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若無(wú)沉淀，則已洗凈，
故答案為：取最后一次洗滌液，加鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若無(wú)沉淀，則已洗凈；
（6）Zn²⁺完全沉淀時(shí)溶液中c（Zn²⁺）=10^-5mol•L^-1，溶液的pH=8，則溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-8}}$mol/L=10^-6
mol/L，則該溫度下K_sp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）．c²（OH^-）=10^-5．（10^-6）²=10^-17，
故答案為：10^-17．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，涉及難溶物的溶解平衡、離子檢驗(yàn)、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查基本原理，明確流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及基本操作、物質(zhì)的性質(zhì)，難點(diǎn)是溶度積常數(shù)計(jì)算，題目難度中等．