Question

工业上利用锌焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，还含有少量FeO、CuO等氧化物杂质）制取金属锌的流程如图甲所示．

（1）提高酸浸效率的措施为

 

（任答一条即可）；酸浸时H⁺与难溶固体ZnFe₂O₄反应的离子方程式为

 

．
（2）净化Ⅰ中H₂O₂参与反应的离子方程式为

 

；X可选择的试剂为

 

（写化学式）；净化Ⅱ中Y为

 

（写化学式）；
（3）电解法制备锌的装置如图乙所示：则电解槽中盛有的电解质溶液为

 

（填字母）；
a．ZnCl₂溶液   b．Zn（NO₃）₂溶液   c．ZnSO₄溶液
根据图乙中的数据，可求得电解过程中电流的有效利用率为

 

；
（4）使用含有[Zn（OH）₄]^2-的强碱性电镀液进行镀锌防腐蚀，可得到细致的光滑镀层，电镀时阴极电极反应式

 

；以锌为负极，采用牺牲阳极法防止铁闸的腐蚀，图丙中锌块的固定位置最好应在

 

处（填字母）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：将锌焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，还含有少量FeO、CuO等氧化物杂质）酸浸，发生反应ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，向溶液中加入双氧水，发生反应2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，调节溶液的pH将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，调节溶液pH时不能引进新的杂质，可以用ZnO，所以X为ZnO，然后向溶液中加入Zn，发生反应Cu²⁺+Zn=Zn²⁺+Cu，然后过滤，所以Y中含有Cu，最后电解得到Zn．

解答： 解：将锌焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，还含有少量FeO、CuO等氧化物杂质）酸浸，发生反应ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，向溶液中加入双氧水，发生反应 2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，调节溶液的pH将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，调节溶液pH时不能引进新的杂质，可以用ZnO，所以X为ZnO，然后向溶液中加入Zn，发生反应Cu²⁺+Zn=Zn²⁺+Cu，然后过滤，所以Y中含有Cu，最后电解得到Zn，
（1）增大反应物浓度、升高温度、增大反应物接触面积等都可以加快反应速率，所以可以采用增大硫酸的浓度（或升高温度或减小锌焙砂颗粒大小或空气搅拌等）加快反应速率；
通过以上分析知，该离子方程式为ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，
故答案为：增大硫酸的浓度（或升高温度或减小锌焙砂颗粒大小或空气搅拌等）；ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（2）双氧水具有氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，通过以上分析知，X为ZnO、Y为Cu，
故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；ZnO；Cu；
（3）a．电解ZnCl₂溶液时，阳极上氯离子放电生成氯气而得不到氧气，故错误；   
b．电解Zn（NO₃）₂溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，所以阳极区得到的溶液相当于硝酸，硝酸具有挥发性，故错误；   
c．电解ZnSO₄溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阳极区域生成硫酸，硫酸没有挥发性，阴极上氢离子放电，当锌离子浓度足够大时，溶液中锌离子放电生成锌，故正确；
当有2mol氧气生成时，转移电子的物质的量=2mol×4=8mol，阴极上转移电子的物质的量是8mol，实际上析出1mol氢气，所以生成锌转移电子的物质的量是6mol，则电解过程中电流的有效利用率=

6mol

8mol

×100%=75%，
故答案为：c；75%；
（4）电镀时阴极电极反应式为[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-，以锌为负极，采用牺牲阳极法防止铁闸的腐蚀，图丙中锌块的固定位置最好应在腐蚀最严重处C处，故答案为：[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-；C．

点评：本题考查物质的分离和提纯，为高考高频点，侧重考查学生分析、判断、知识运用及基本操作能力，能从整体上分析解答，知道流程图中每个步骤发生的反应、操作方法，题目难度中等．