Question

4．以菱锌矿（主要成分为ZnCO₃，同时含有MnO、FeO、Fe₂O₃、SiO₂等杂质）为原料生产碱式碳酸锌[ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O]的工艺流程如图．已知Fe²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺生成氢氧化物沉淀的pH见表：

待沉淀离子	Fe2+	Fe3+	Zn2+
开始沉淀时pH	5.8	1.1	5.9
完全沉淀时pH	8.8	3.2	8.0

（1）ZnCO₃酸溶时的离子方程式为ZnCO₃+2H⁺═Zn²⁺+H₂O+CO₂↑．
（2）用KMnO₄溶液除去Mn²⁺的离子方程式为2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺．
（3）滤渣2主要成分的化学式是Fe（OH）₃．
（4）过滤2所得滤液中含有的主要阳离子是Na⁺、K⁺．
（5）生成的产品需经充分洗涤，检验产品完全洗净的方法是取最后一次洗涤液，加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀，则已洗净．
（6）Zn²⁺完全沉淀时溶液中c（Zn²⁺）=10^-5mol•L^-1，则该温度下K_sp[Zn（OH）₂]的值为10^-17．

Answer 1

分析 菱锌矿主要成分为ZnCO₃，同时含有MnO、FeO、Fe₂O₃、SiO₂等杂质，向菱锌矿中加入稀硫酸并加热，ZnCO₃、MnO、FeO、Fe₂O₃发生反应生成ZnSO₄、MnSO₄、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃，二氧化硅不溶于稀硫酸，过滤得到滤渣1为SiO₂，向滤液中加入高锰酸钾，发生反应2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，Fe ²⁺被氧化生成Fe³⁺，过滤得到MnO₂，调节滤液pH为2，根据表中数据知，滤渣2为Fe（OH）₃，向滤液中加入Na₂CO₃，发生反应CO₃^2-+2H⁺═H₂O+CO₂↑，同时得到[ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O]，过滤得到的滤液成分为Na₂SO₄、K₂SO₄，将滤渣洗涤、干燥得到产品；
（1）ZnCO₃酸溶时和稀硫酸反应生成硫酸锌和二氧化碳、水；
（2）用KMnO₄溶液除去Mn²⁺时，发生氧化还原反应生成二氧化锰和氢离子；
（3）滤渣2主要成分的化学式是Fe（OH）₃；
（4）过滤2所得滤液中溶质为Na₂SO₄、K₂SO₄；
（5）生成的产品可能吸附硫酸根离子，硫酸根离子用盐酸酸化的氯化钡溶液检验；
（6）Zn²⁺完全沉淀时溶液中c（Zn²⁺）=10^-5mol•L^-1，溶液的pH=8，则溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-8}}$mol/L=10^-6
mol/L，则该温度下K_sp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）．c²（OH^-）．

解答 解：菱锌矿主要成分为ZnCO₃，同时含有MnO、FeO、Fe₂O₃、SiO₂等杂质，向菱锌矿中加入稀硫酸并加热，ZnCO₃、MnO、FeO、Fe₂O₃发生反应生成ZnSO₄、MnSO₄、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃，二氧化硅不溶于稀硫酸，过滤得到滤渣1为SiO₂，向滤液中加入高锰酸钾，发生反应2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，Fe ²⁺被氧化生成Fe³⁺，过滤得到MnO₂，调节滤液pH为2，根据表中数据知，滤渣2为Fe（OH）₃，向滤液中加入Na₂CO₃，发生反应CO₃^2-+2H⁺═H₂O+CO₂↑，同时得到[ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O]，过滤得到的滤液成分为Na₂SO₄、K₂SO₄，将滤渣洗涤、干燥得到产品；
（1）ZnCO₃酸溶时和稀硫酸反应生成硫酸锌和二氧化碳、水，离子方程式为ZnCO₃+2H⁺═Zn²⁺+H₂O+CO₂↑
，故答案为：ZnCO₃+2H⁺═Zn²⁺+H₂O+CO₂↑；
（2）高锰酸钾具有强氧化性，锰离子具有还原性，能被酸性高锰酸钾溶液氧化，用KMnO₄溶液除去Mn²⁺时，发生氧化还原反应生成二氧化锰和氢离子，离子方程式为2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，
故答案为：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；
（3）通过以上分析知，滤渣2主要成分的化学式是Fe（OH）₃，故答案为：Fe（OH）₃；
（4）过滤2所得滤液中溶质为Na₂SO₄、K₂SO₄，所以含有的阳离子为Na⁺、K⁺，
故答案为：Na⁺、K⁺；
（5）生成的产品可能吸附硫酸根离子，硫酸根离子用盐酸酸化的氯化钡溶液检验，其检验方法为取最后一次洗涤液，加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀，则已洗净，
故答案为：取最后一次洗涤液，加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀，则已洗净；
（6）Zn²⁺完全沉淀时溶液中c（Zn²⁺）=10^-5mol•L^-1，溶液的pH=8，则溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-8}}$mol/L=10^-6
mol/L，则该温度下K_sp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）．c²（OH^-）=10^-5．（10^-6）²=10^-17，
故答案为：10^-17．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及难溶物的溶解平衡、离子检验、氧化还原反应等知识点，侧重考查基本原理，明确流程图中发生的反应及基本操作、物质的性质，难点是溶度积常数计算，题目难度中等．