Question

【題目】四水合磷酸鋅[Zn3(PO4)2·4H2O]，摩爾質量為457g·mol-1，難溶于水］是一種性能優(yōu)良的綠色環(huán)保防銹顏料。實驗室以鋅灰(含ZnO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)為原料制備Zn3(PO4)2·4H2O的流程如圖，回答下列問題：

已知：6NH4HCO3+3ZnSO4 ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑

(1)實驗前需要將鋅灰研磨成粉末狀，原因是____。

(2)步驟I中需將溶液pH調至5.1，應選擇的最佳試劑是___。(填字母)

a．NaOH b．ZnO c．Ba(OH)2

(3)步驟I滴加KMnO4溶液的目的是___。

(4)步驟Ⅱ中加入的a是___。

(5)步驟Ⅳ的化學方程式是___。

(6)步驟Ⅳ反應結束后得到Zn3(PO4)2·4H2O的操作包括___和干燥。

(7)稱取45.7mgZn3(PO4)2·4H2O進行熱重分析，化合物質量隨溫度的變化關系如圖所示，為獲得Zn3(PO4)2·2H2O和Zn3(PO4)2·H2O的混合產品，烘干時的溫度范圍為___。

Answer 1

【答案】增大接觸面積、加快反應速率 b 使Fe2+轉化為Fe3+從而一并除去 Zn(或鋅) ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O+2H3PO4 Zn3(PO4)2·4H2O+2H2O+CO2↑ 過濾、洗滌 145℃～195℃

【解析】

根據以鋅灰(含ZnO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等)為原料制備Zn3(PO4)2·4H2O的流程可知，在鋅灰中加入稀硫酸，將鋅灰中的ZnO、CuO、FeO、Fe2O3溶解，SiO2不溶，形成濾渣I；在濾得的溶液中加入高錳酸鉀溶液，將亞鐵離子氧化生成鐵離子，并調節(jié)pH至5.1 除去鐵離子，因此濾渣Ⅱ為氫氧化鐵沉淀，然后再加入鋅置換出溶液中的銅離子，過濾得濾渣Ⅲ，濾渣Ⅲ為銅；在濾液中加入碳酸氫銨，發(fā)生6NH4HCO3+3ZnSO4 ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑，得到的沉淀中再加入磷酸，將ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O轉化為四水合磷酸鋅[Zn3(PO4)2·4H2O]，據此分析解答。

(1)實驗前將鋅灰研磨成粉末狀，再用稀硫酸浸取，可以增大接觸面積、加快反應速率，提高浸取效率，故答案為：增大接觸面積、加快反應速率；

(2)為了不引入新雜質，步驟I中將溶液pH調至5.1，最好選擇ZnO，故答案為：b；

(3)根據上述分析，步驟I滴加KMnO4溶液的目的是將Fe2+轉化為Fe3+，便于調節(jié)pH為5.1時一并除去，故答案為：使Fe2+轉化為Fe3+從而一并除去；

(4)根據流程圖和實驗目的，步驟II中加入的a是鋅，目的是除去溶液中的銅離子，故答案為：Zn(或鋅)；

(5)步驟Ⅳ中加入磷酸是將ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O轉化為四水合磷酸鋅[Zn3(PO4)2·4H2O]，反應的化學方程式為ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O+2H3PO4 Zn3(PO4)2·4H2O+2H2O+CO2↑，故答案為：ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O+2H3PO4 Zn3(PO4)2·4H2O+2H2O+CO2↑；

(6)步驟Ⅳ反應結束后，從混合體系中得到Zn3(PO4)2·4H2O沉淀的操作為過濾、洗滌、干燥，故答案為：過濾、洗滌；

(7)根據圖象，加熱到90℃時，四水合磷酸鋅[Zn3(PO4)2·4H2O]開始逐漸分解，當生成Zn3(PO4)2·2H2O，所得Zn3(PO4)2·2H2O的質量為×45.7mg=42.1mg，此時溫度為145℃，當生成Zn3(PO4)2·H2O，所得Zn3(PO4)2·H2O的質量為×45.7mg=40.3mg，此時溫度為195℃，因此當獲得Zn3(PO4)2·2H2O和Zn3(PO4)2·H2O的混合產品時，烘干時的溫度范圍為145℃～195℃，故答案為：145℃～195℃。