Question

10．活性ZnO俗稱鋅1-3，能改進玻璃的化學穩(wěn)定性，可用于生產特種玻璃，在橡膠的生產中能縮短硫化吋間，在涂料、油漆等工業(yè)也有重要應用．工業(yè)上由粗ZnO（含F(xiàn)eO、CuO等．）制備活性ZnO，采取酸浸、凈化除雜、中和沉降、干燥煅燒等步驟，工藝流程如下：

（1）上述流程中，實驗操作a是過濾（填實驗操作名稱），物質Y是下列中的AB（填序號）
A．ZnO B．ZnCO₃ C．Fe₂O₃ D．NaOH
（2）上述流程中多次進行了過濾橾作，過濾時用到的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯
（3）該流程中，多次洗滌濾渣R后，證明已洗滌干凈，最簡單的方法是取最后洗滌液中的上清液于試管中，然后加入氯化鋇溶液，如果不產生白色沉淀就說明已經洗滌干凈
（4）已知Zn（OH）₂在水中同時存在兩種電離方式：Zn²⁺+2OH^-?Zn（OH）₂?ZnO₂^-+H⁺，寫出該固體與NaOH溶液反應的離子方程式Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O
（5）取堿式碳酸鋅水合物4.40g，溶于鹽酸中生成標準狀況下CO₂224ml，恰好溶解時消耗氯化氫0.08摩爾，已知該碳酸鋅水合物中碳的質量分數(shù)為2.727%，試推出該堿式碳酸鋅水合物的化學式是Zn₄（OH）₆CO₃.8H₂O．

Answer 1

分析 將粗氧化鋅溶于過量稀硫酸中，發(fā)生的反應為ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，然后過濾，將不溶性固體除去，向濾液中加入H₂O₂，發(fā)生的離子反應方程式為2Fe₂+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入Y調節(jié)溶液的pH，Y應該能和H⁺反應且不能引進新的雜質，可以用ZnO或ZnCO₃；
將Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，然后采用過濾方法得到Fe（OH）₃沉淀，向濾液中加入過量Zn粒，發(fā)生的離子方程式為Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，然后過濾，得到的濾渣中含有Zn和Cu，濾液中含有ZnSO₄，向濾液中加入NH₄HCO₃，發(fā)生雙水解反應生成堿式碳酸鋅沉淀和硫酸銨溶液，過濾洗滌得到濾渣堿式碳酸鋅；將濾渣焙燒得到活性ZnO，
（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法；除雜時要除去雜質且不能引進新的雜質；
（2）過濾時，根據(jù)各儀器的作用選取儀器；
（3）該流程中，濾渣R吸附的離子是硫酸根離子，用鹽酸酸化的氯化鋇離子檢驗硫酸根離子，如果最后洗滌液中加入氯化鋇溶液后不產生沉淀即可；
（4）Zn（OH）₂在水中同時存在兩種電離方式：Zn²⁺+2OH^-?Zn（OH）₂?ZnO₂^-+H⁺，Zn（OH）₂與NaOH溶液反應生成偏鋅酸鈉和水；
（5）n（CO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，恰好溶解時消耗氯化氫0.08摩爾，根據(jù)關系式2HCl---Zn²⁺得n（Zn²⁺）=$\frac{1}{2}$n（HCl）=$\frac{1}{2}$×0.08mol=0.04mol，則Zn、C原子個數(shù)之比=0.04mol：0.01mol=4：1，
要使堿式碳酸鋅化合價的代數(shù)和為0，則OH^-個數(shù)應該是6，堿式碳酸鋅為Zn₄（OH）₆CO₃，
水的物質的量=$\frac{4.4g-0.01mol×（65×2+17×6+60）g/mol}{18g/mol}$=0.08mol，
據(jù)此確定化學式．

解答 解：將粗氧化鋅溶于過量稀硫酸中，發(fā)生的反應為ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、FeO+H₂SO₄=FeSO₄+H₂O、CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，然后過濾，將不溶性固體除去，向濾液中加入H₂O₂，發(fā)生的離子反應方程式為2Fe₂+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入Y調節(jié)溶液的pH，Y應該能和H⁺反應且不能引進新的雜質，可以用ZnO或ZnCO₃；將Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，然后采用過濾方法得到Fe（OH）₃沉淀，向濾液中加入過量Zn粒，發(fā)生的離子方程式為Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，然后過濾，得到的濾渣中含有Zn和Cu，濾液中含有ZnSO₄，向濾液中加入NH₄HCO₃，發(fā)生雙水解反應生成堿式碳酸鋅沉淀和硫酸銨溶液，過濾洗滌得到濾渣堿式碳酸鋅；將濾渣焙燒得到活性ZnO，
（1）分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，所以操作a為過濾；除雜時要除去雜質且不能引進新的雜質，ZnO、ZnCO₃和氫離子反應生成鋅離子，且不引進雜質，提高溶液的pH，從而將鐵離子轉化為沉淀，
故答案為：過濾；ab；
（2）過濾時，需要的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯，故答案為：漏斗、玻璃棒和燒杯；
（3）該流程中，濾渣R吸附的離子是硫酸根離子，用鹽酸酸化的氯化鋇離子檢驗硫酸根離子，如果最后洗滌液中加入氯化鋇溶液后不產生沉淀就說明洗滌干凈，
故答案為：取最后洗滌液中的上清液于試管中，然后加入氯化鋇溶液，如果不產生白色沉淀就說明已經洗滌干凈；
（4）Zn（OH）₂在水中同時存在兩種電離方式：Zn²⁺+2 OH^-?Zn（OH）₂?ZnO₂^2-+2H⁺，Zn（OH）₂與NaOH溶液反應生成偏鋅酸鈉和水，離子方程式為Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O，
故答案為：Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O；
（5）n（CO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，恰好溶解時消耗氯化氫0.08摩爾，根據(jù)關系式2HCl---Zn²⁺得n（Zn²⁺）=$\frac{1}{2}$n（HCl）=$\frac{1}{2}$×0.08mol=0.04mol，則Zn、C原子個數(shù)之比=0.04mol：0.01mol=4：1，
要使堿式碳酸鋅化合價的代數(shù)和為0，則OH^-個數(shù)應該是6，堿式碳酸鋅為Zn₄（OH）₆CO₃，
水的物質的量=$\frac{4.4g-0.01mol×（65×2+17×6+60）g/mol}{18g/mol}$=0.08mol，
據(jù)此確定化學式為Zn₄（OH）₆CO₃.8H₂O，
故答案為：Zn₄（OH）₆CO₃.8H₂O．

點評 本題考查物質制備實驗方案設計，為高頻考點，涉及復雜化學式的確定、離子方程式的書寫、基本實驗操作等知識點，明確流程圖中發(fā)生的反應及基本操作方法是解本題關鍵，難點是（5）題計算，題目難度中等．