Question

纳米ZnS具有独特的光电效应，在电学、磁学、光学等领域应用广泛．以工业废渣锌灰（主要成分为Zn、ZnO，还含有Fe₂O₃、FeO、CuO等杂质）为原料制备纳米ZnS的工业流程如下：

请回答下列问题：
（1）酸浸时FeO与稀HNO₃反应的离子方程式

 

．
（2）为了将酸浸的尾气循环利用，加入的X气体可以是

 

．
（3）流程中加入ZnO调pH的目的是

 

．
（4）滤渣2中的成分是

 

．
（5）已知ZnS的溶度积K_sp=1.6×10^-24，溶液中Zn²⁺浓度为0.01mol?L^-1，则溶液中S^2-浓度大于

 

mol?L^-1，才生成ZnS沉淀．
（6）试设计简单实验方案，判断所得ZnS样品颗粒是否为纳米级

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：锌灰（主要成分为Zn、ZnO，还含有Fe₂O₃、FeO、CuO等杂质）加入稀硝酸溶解，根据硝酸的强氧化性则所得溶液中含有三价铁、二价锌、二价铜离子，再加入氧化锌调节PH值先使三价铁以氢氧化铁沉淀而过滤除去，再加锌置换成溶液中铜而过滤除去，最后调节PH再使锌离子转化成氢氧化锌沉淀，再用硫化氢溶解沉淀氢氧化锌得到ZnS，以此解答；
（1）酸浸时FeO与稀HNO₃反应根据稀硝酸的强氧化性书写离子方程式；
（2）根据稀硝酸酸浸的尾气为一氧化氮，结合循环利用进一步再转化成硝酸分析．
（3）根据以上分析解答；
（4）根据以上分析解答；
（5）根据Qc＞K_sp，才生成ZnS沉淀计算；
（6）根据胶体的粒子是纳米级的设计判断．

解答： 解：锌灰（主要成分为Zn、ZnO，还含有Fe₂O₃、FeO、CuO等杂质）加入稀硝酸溶解，根据硝酸的强氧化性则所得溶液中含有三价铁、二价锌、二价铜离子，再加入氧化锌调节PH值先使三价铁以氢氧化铁沉淀而过滤除去，再加锌置换成溶液中铜而过滤除去，最后调节PH再使锌离子转化成氢氧化锌沉淀，再用硫化氢溶解沉淀氢氧化锌得到ZnS；
（1）由于稀硝酸的强氧化性，所以FeO与稀HNO₃反应离子方程式为：3FeO+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+5H₂O，故答案为：3FeO+10H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+5H₂O；
（2）稀硝酸酸浸的尾气为一氧化氮，根据要循环利用则将NO进一步再转化成硝酸即4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，所以通空气或者氧气，故答案为：空气（或O₂）；
（3）由于硝酸的强氧化性则酸溶解所得溶液中含有三价铁、二价锌、二价铜离子，再加入氧化锌调节PH值先使三价铁以氢氧化铁沉淀而过滤除去，
故答案为：除去溶液中的Fe³⁺；
（4）由于硝酸的强氧化性则酸溶解所得溶液中含有三价铁、二价锌、二价铜离子，再加入氧化锌调节PH值先使三价铁以氢氧化铁沉淀而过滤除去，再加锌置换成溶液中铜而过滤除去，所以最终过量出来的处理置换出的铜还有过量的锌，故答案为：Cu、Zn； 
（5）当Qc＞K_sp，才生成ZnS沉淀，即S^2-浓度大于

K sp

C(Zn 2+)

=

1.6×10 -24

0.01

=1.6×10^-22 mol?L^-1，故答案为：1.6×10^-22；
（6）根据胶体的粒子是纳米级的，则取少量样品和水混合形成分散系，让一束光照射，若出现一条光亮的通路，则是纳米级，否则不是，
故答案为：取少量样品和水混合形成分散系，让一束光照射，若出现一条光亮的通路，则是纳米级，否则不是．

点评：本题考查较为综合，涉及氧化还原反应、盐类的水解的应用、物质的分离提纯以及Ksp的计算，侧重于学生的分析能力和实验能力、计算能力的考查，为高频考点和常见题型，题目难度中等，注意把握基础知识的积累．