Question

2．粗氧化锌中含少量CuO、Fe₃O₄、SiO₂等杂质，工业上以粗氧化锌为原料生产硫酸锌晶体（ZnSO₄•7H₂O）的工艺流程如所示

己知：常温下溶液中Fe³⁺，Zn²⁺、Fe²⁺以氢氧化物形式完全沉淀的pH分别为3.7，6.5，9.7．
请回答下列问题：
（1）操作③的名称是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥加入适量锌粉的作用为使溶液中的Fe³⁺转化为Fe²⁺、除去Cu²⁺；
（2）加入30%H₂O₂反应的离子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）加入适量Ca（OH）₂调节溶液pH，促进Fe³⁺水解，Ca（OH）₂不能过量的原因是防止生成Zn（OH）₂
（4）已知：
H₂SO₄（aq）+Ba（OH）₂（aq）═BaSO₄（s）+2H₂O（l）△H₁=-1584.2kJ•mol
HCl（aq）+NaOH（aq）═NaCl（aq）+H₂O（l）△H₂=-55.6kJ•mol
则Ba²⁺与SO₄^2-生成BaSO₄沉淀的热化学方程式为Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）═BaSO₄（s）△H=-1473kJ•mol^-1
（5）肼-H₂O₂燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时的正极反应为H₂O₂+2e^-=2OH^-
（6）粗氧化锌中Zn元素的质量分数为32.5%，处理a kg粗氧化锌，中间过程氧化锌的转化率为b，
最终制得172.2kgZnS0₄•7H₂0，则流程中加入的Zn粉质量为6.5×（6-5ab）kg．（ZnS0₄•7H₂0摩尔质量287g/mol）

Answer 1

分析 粗氧化锌中含少量CuO、Fe₃O₄、SiO₂等杂质，加入硫酸，CuO、Fe₃O₄能够反应生成ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃，SiO₂不和硫酸反应，加入锌粉后，由于锌粉具有还原性，能把三价铁离子还原成二价铁离子，同时把铜离子还原成铜单质析出，再加入H₂O₂，H₂O₂有强氧化性，能氧化二价铁离子为三价铁离子，方便把铁以氢氧化铁的形式除去，最后得到的溶液为ZnSO₄溶液，据此解答．

解答 解：（1）粗氧化锌中含少量CuO、Fe₃O₄、SiO₂等杂质，加入硫酸，溶液中有铜离子、三价铁离子和锌离子等，加入锌粉后铜被置换出来，加入双氧水后溶液中只有硫酸锌，从溶液中得到固体硫酸锌需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作过程，粗氧化锌中含少量CuO、Fe₃O₄、SiO₂等杂质，加入硫酸，溶液中有铜离子、三价铁离子和锌离子等，锌粉具有还原性，能把三价铁离子还原成二价铁离子，同时把铜离子还原成铜单质析出；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；使溶液中的Fe³⁺转化为Fe²⁺、除去Cu²⁺；
（2）H₂O₂具有强氧化性，能氧化二价铁离子为三价铁离子，方便把铁以氢氧化铁的形式除去，发生的离子反应方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）加入适量Ca（OH）₂调节溶液pH，是PH值小于6.5即可，若碱性过强，Zn（OH）₂也会沉淀，使得硫酸锌晶体（ZnSO₄•7H₂O）量减少．
故答案为：防止生成Zn（OH）₂ ；
（4）已知：①2H⁺（aq）+2OH^-（aq）+Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）═BaSO₄（s）+2H₂O（l）△H=-1584.2kJ•mol^-1
②H⁺（aq）+OH^-（aq）═H₂O（l）△H₁=-55.6kJ•mol^-1
根据盖斯定律，则反应Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）═BaSO₄（s）等于①-②×2，所以△H=-1584.2kJ•mol^-1-2×（-55.6kJ•mol^-1）=-1473 kJ•mol^-1，所以热反应方程式为Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）═BaSO₄（s）△H=-1473 kJ•mol^-1，
故答案为Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）═BaSO₄（s）△H=-1473 kJ•mol^-1；
（5）肼、H₂O₂碱性燃料电池中，肼所在电极为负极，正极上H₂O₂得电子生成氢氧根离子，电极反应式为：H₂O₂+2e^-=2OH^-，
故答案为：H₂O₂+2e^-=2OH^-；
（6）172.2kgZnS0₄•7H₂0中锌元素的物质的量为n=$\frac{m}{M}$=$\frac{172.2kg}{287g/mol}$=600mol，氧化锌中锌的物质的量n=$\frac{32500abg}{65g/mol}$=500abmol，根据锌元素质量守恒可知，流程中加入的Zn粉质量为m=n×M=65g/mol×（600mol-500abmol）=65×（600-500ab）g=6.5×（6-5ab）kg，
故答案为：6.5×（6-5ab）．

点评 本题考查了物质的分离和提纯的方法和基本操作、热化学方程式、电极反应式、化学计算等，注意利用溶液中的Fe³⁺、Zn²⁺、Fe²⁺以氢氧化物形式完全沉淀的pH不同除去相应的杂质离子是提纯中经常使用的方法．