Question

19．硫酸鋅和輕質(zhì)氧化鎂在工業(yè)生產(chǎn)及食品添加等領(lǐng)域有重要應(yīng)用．用高鎂菱鋅礦（主要含ZnCO₃、MgCO₃、CaCO₃以及少量SiO₂、Fe₂O₃、Cu等）進行聯(lián)合生產(chǎn)．流程如圖1：

已知：金屬離子沉淀的pH

	Zn2+	Mg2+	Cu2+	Fe3+	Fe2+
開始沉淀pH	5.9	9.4	4.7	2.7	7.6
完全沉淀pH	8.2	12.4	6.7	3.7	9.6

（1）寫出浸取過程中產(chǎn)生Fe²⁺的離子方程式Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺．
（2）下列說法正確的是acd．
a．用濃鹽酸浸取前，將礦石粉碎能夠提高浸出速率．
b．試劑X可以選擇氨水，pH的范圍在8.2～12.4之間．
c．控制溫度在90℃以上的目的是為了促進Zn²⁺的水解．
d．濾渣中加入硫酸后再加入鋅粉是為了出去Cu²⁺．
（3）由Fe²⁺生成針鐵礦渣的離子反應(yīng)方程式2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH+Cl^-+4H⁺．
（4）從濾液3中獲取ZnSO₄•7H₂O的操作1是加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）加入氨水制備氫氧化鎂的工藝過程要選擇適宜條件．圖2為反應(yīng)溫度與Mg²⁺轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．
①根據(jù)圖中所示45℃前溫度與Mg²⁺轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系，可判斷此反應(yīng)是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
②50℃以上溫度升高，Mg²⁺轉(zhuǎn)化率下降的原因可能是溫度過高時，氨水受熱分解，濃度降低，Mg²⁺轉(zhuǎn)化率下降．
③為了獲取副產(chǎn)品CaCl₂，經(jīng)常用石灰乳代替氨水來制備氫氧化鎂．用平衡移動原理解釋石灰乳能夠制備氫氧化鎂的原因石灰乳中存在Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq），Mg²⁺可以與OH^-反應(yīng)生成更難溶的Mg（OH）₂，使得OH^-濃度不斷下降，平衡右移，最終從Ca（OH）₂轉(zhuǎn)化為Mg（OH）₂．

Answer 1

分析 高鎂菱鋅礦（主要含ZnCO₃、MgCO₃、CaCO₃以及少量SiO₂、Fe₂O₃、Cu等）加入濃鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH=1，F(xiàn)e₂O₃、ZnCO₃、MgCO₃、CaCO₃溶解，少量SiO₂不溶解，銅和氯化鐵溶液反應(yīng)生成氯化亞鐵，過濾得到浸取液中主要是FeCl₃、FeCl₂、ZnCl₂、MgCl₂、CuCl₂、CaCl₂，加入漂白粉調(diào)節(jié)溶液PH=4-5，除去鐵離子和亞鐵離子，過濾得到濾渣FeOOH，得到濾液1中加入試劑X可以選擇氨水，pH的范圍在8.2～9.4之間使鋅、銅離子沉淀完全，控制溫度在90℃以上的目的是為了促進Zn²⁺的水解，過濾得到濾渣主要是氫氧化鋅和氫氧化銅，加入硫酸溶解后加入鋅粉可以置換出銅，過濾除去銅得到濾液3為硫酸鋅溶液，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥等操作得到硫酸鋅晶體，濾液2主要是鎂離子，加入氨水過濾洗滌干燥得到氫氧化鎂沉淀灼燒得到輕質(zhì)氧化鎂，
（1）浸取過程中產(chǎn)生Fe²⁺的反應(yīng)為氧化鐵溶于鹽酸生成氯化鐵溶液，氯化鐵溶液和銅反應(yīng)生成氯化亞鐵和氯化銅；
（2）a．礦石粉碎能增大接觸面積加快溶解速率；
b．試劑X可以選擇氨水，pH的范圍在8.2～9.4之間，使鋅、銅離子沉淀完全；
c．加熱促進Zn²⁺的水解；
d．濾渣中加入硫酸后再加入鋅粉發(fā)生反應(yīng)置換出銅，除去銅離子；
（3）由Fe²⁺生成針鐵礦渣的反應(yīng)是加入的漂白粉中的次氯酸根離子氧化亞鐵離子生成，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式；
（4）從濾液獲取溶質(zhì)的方法是依據(jù)物質(zhì)溶解度隨溫度升高增大的特征，用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥得到；
（5）①根據(jù)圖中所示50℃前溫度與Mg²⁺轉(zhuǎn)化率之間 的關(guān)系是隨溫度升高鎂離子轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
②溫度升高至50℃以上Mg²⁺轉(zhuǎn)化率下降的可能原因是溫度過高時，氨水受熱分解，濃度降低，Mg²⁺轉(zhuǎn)化率下降．

解答 解：高鎂菱鋅礦（主要含ZnCO₃、MgCO₃、CaCO₃以及少量SiO₂、Fe₂O₃、Cu等）加入濃鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH=1，F(xiàn)e₂O₃、ZnCO₃、MgCO₃、CaCO₃溶解，少量SiO₂不溶解，銅和氯化鐵溶液反應(yīng)生成氯化亞鐵，過濾得到浸取液中主要是FeCl₃、FeCl₂、ZnCl₂、MgCl₂、CuCl₂、CaCl₂，加入漂白粉調(diào)節(jié)溶液PH=4-5，除去鐵離子和亞鐵離子，過濾得到濾渣FeOOH，得到濾液1中加入試劑X可以選擇氨水，pH的范圍在8.2～9.4之間使鋅、銅離子沉淀完全，控制溫度在90℃以上的目的是為了促進Zn²⁺的水解，過濾得到濾渣主要是氫氧化鋅和氫氧化銅，加入硫酸溶解后加入鋅粉可以置換出銅，過濾除去銅得到濾液3為硫酸鋅溶液，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥等操作得到硫酸鋅晶體，濾液2主要是鎂離子，加入氨水過濾洗滌干燥得到氫氧化鎂沉淀灼燒得到輕質(zhì)氧化鎂，
（1）浸取過程中產(chǎn)生Fe²⁺的反應(yīng)為氧化鐵溶于鹽酸生成氯化鐵溶液，氯化鐵溶液和銅反應(yīng)生成氯化亞鐵和氯化銅，反應(yīng)的離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）a．用濃鹽酸浸取前，將礦石粉碎增大接觸面積，能夠提高浸出速率，故a正確；
b．試劑X可以選擇氨水，圖表數(shù)據(jù)分析可知，pH的范圍在8.2～9.4之間，可以使鋅、銅離子沉淀完全，鋅離子不沉淀，故b錯誤；
c．控制溫度在90℃以上的目的是為了促進Zn²⁺的水解，生成氫氧化鋅，故c正確；
d．濾渣中加入硫酸后再加入鋅粉是為了除去Cu²⁺，發(fā)生反應(yīng)Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，過濾除去，故d正確；
故答案為：acd；
（3）由Fe²⁺生成針鐵礦渣的反應(yīng)是加入的漂白粉中的次氯酸根離子氧化亞鐵離子生成，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式為：2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH+Cl^-+4H⁺，
故答案為：2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH+Cl^-+4H⁺；
（4）加熱濃縮、冷卻結(jié)晶；（5）①根據(jù)圖中所示50℃前溫度與Mg²⁺轉(zhuǎn)化率之間 的關(guān)系是隨溫度升高鎂離子轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；故答案為：吸熱；
②圖中，溫度升高至50℃以上Mg²⁺轉(zhuǎn)化率下降的可能原因是溫度過高時，氨水受熱分解，濃度降低，Mg²⁺轉(zhuǎn)化率下降，
故答案為：溫度過高時，氨水受熱分解，濃度降低，Mg²⁺轉(zhuǎn)化率下降；
③用石灰乳代替氨水來制備氫氧化鎂是因為：石灰乳中存在Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq），Mg²⁺可以與OH^-反應(yīng)生成更難溶的Mg（OH）₂，使得OH^-濃度不斷下降，平衡右移，最終從Ca（OH）₂轉(zhuǎn)化為Mg（OH）₂，
故答案為：石灰乳中存在Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq），Mg²⁺可以與OH^-反應(yīng)生成更難溶的Mg（OH）₂，使得OH^-濃度不斷下降，平衡右移，最終從Ca（OH）₂轉(zhuǎn)化為Mg（OH）₂．

點評 本題考查了物質(zhì)的分離提純方法，離子選擇和離子除雜的實驗過程分析判斷，主要是實驗設(shè)計和實驗操作的熟練掌握，題目難度中等．