Question

【题目】利用含铜、铁的粗锌制备硫酸锌及相关物质。工艺流程图及有关数据如下：

物质	Cu(OH)2	Zn(OH)2	Fe(OH)3	ZnS	CuS
Ksp	5.0×10－20	2.0×10－16	4.0×10－38	1.2×10－23	8.5×10－45

请回答下列问题：

（1）粗锌中的铜与混酸的稀溶液反应的化学方程式为__________________________，图中处理气体X要能够体现绿色化学思想，还需补充气体______（填化学式）。

（2）若溶液I中c(Cu2＋)为0.05mol·L－1，则溶液II中c(Fe3＋)＞____mol·L－1。

（3）若固体A是Zn，取9.61 g固体C溶解于足量的500mL 2 mol·L－1稀硝酸中，共收集到标准状况下2.24L的气体，向所得溶液中加入2 mol·L－1NaOH溶液，则当生成沉淀最多时，沉淀的质量为_____g；若固体A是另一种物质，取部分固体C于试管中，加入盐酸产生有臭鸡蛋味气体，则该反应的离子方程式为________________________。

（4）溶液Ⅲ经过蒸发浓缩、____________、过滤、洗涤、干燥，即得到较纯净的硫酸锌晶体；溶液还可以制备ZnS，实际选择的是（NH4）2S溶液而不是Na2S溶液作为反应物，理由是后者制得的ZnS含有较多的杂质，则该杂质是____________（填化学式）。

（5）金属锌常用作酸性干电池的负极，干电池不使用时，由于负极与电解质溶液接触而发生自放电反应：2NH4＋＋Zn＝2NH3＋H2↑＋Zn2＋，造成电量自动减少。写出铅蓄电池不使用时，其正极上发生自放电的化学方程式__________________________。

Answer 1

【答案】 （3Cu＋2HNO3(稀)＋3H2SO4＝3CuSO4＋2NO↑＋4H2O O2 4.0×10－11 14.71 2H＋＋ZnS＝H2S↑＋Zn2＋ 冷却结晶 Zn(OH)2 2PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋O2↑＋2H2O

【解析】试题分析：（1）粗锌中的铜与混酸的稀溶液反应，铜被氧化成+2价的铜离子，硝酸被还原成+2价的一氧化氮，反应为3Cu＋2HNO3(稀)＋3H2SO4＝3CuSO4＋2NO↑＋4H2O。气体X为一氧化氮，补充氧气在溶液中可发生4NO+O2+2H2O=4HNO3，全部转化成硝酸循环使用，能够体现绿色化学思想；

（2）固体B为氢氧化铜沉淀，固体C含氢氧化铁沉淀，若溶液I中c（Cu2+）为0.05molL-1，根据c（Cu2+）×c2（OH-）＞Ksp[Cu（OH）2[，c2（OH-）＝5×1020/5×102，c（OH-）＝1×10-9mol/L，要得到固体氢氧化铁根据c（Fe3+）×c3（OH-）＞Ksp[Fe（OH）3]，c（Fe3+）＞4×1016/(1×109)3＝4×10-11mol/L；

（3）若固体A是Zn，取9.61g固体C溶解于足量的500mL2molL-1稀硝酸中，而最终为氢氧化物，故沉淀质量为金属质量加上金属阳离子结合氢氧根质量，氢氧根物质的量与金属失电子物质的量相等，而电子与硝酸根结合生成NO，故有氢氧根物质的量为＝0.3mol，所以总质量为9.61g+0.3mol×17g/mol＝14.71g；若固体A是另一种物质，取部分固体C于试管中，加入足量的盐酸，有臭鸡蛋气味的气体产生，气体为硫化氢，该实验为制备硫酸锌，所以阳离子为锌，阴离子为硫，和盐酸反应生成硫化氢的物质为硫化锌，反应为2H＋＋ZnS＝H2S↑＋Zn2＋；

（4）溶液Ⅲ为硫酸锌溶液，制备七水合硫酸锌，防止结晶水失水，需冷却结晶，溶液Ⅲ还可以制备ZnS，实际选择的是（NH4）2S溶液，铵根离子水解抑制锌离子水解，因氢氧化锌的Ksp小于硫化锌，用Na2S溶液作为反应物，制得的ZnS含有较多的杂质Zn（OH）2；

（5）铅蓄电池放电时，Pb作负极、PbO2作正极，负极上Pb失电子与硫酸根离子结合生成PbSO4，反应式为Pb+SO42--2e-=PbSO4，正极上PbO2得电子和硫酸根、氢离子反应生成PbSO4和H2O，正极反应式为：2PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O+O2↑，铅蓄电池不使用时，正极PbO2与硫酸发生还原反应，Pb（+4→+2），O（-2→0），发生氧化还原反应的方程式为2PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋O2↑＋2H2O。