Question

活性氧化锌用作橡胶硫化的活性剂、补强剂．以氧化锌粗品（含铁的氧化物、CuO和SiO₂等杂质）为原料制备活性氧化锌并生产其它副产品的生产工艺流程如下：

已知：Zn（OH）₂可溶于NaOH溶液．
（1）操作A所用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和

 

．
（2）“溶解”前将氧化锌粗品粉碎成细颗粒，目的是

 

．
（3）加入过量铁可回收的金属是

 

．
（4）操作C所得的滤渣P中Fe（OH）₂和Fe（OH）₃的物质的量之比为5：1，该滤渣在空气中灼烧可获得高性能的磁粉Fe₃O₄，写出该反应的化学方程式

 

．
（5）“沉淀”的成分为ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O，“煅烧”在450～500℃下进行，煅烧获得ZnO的反应的化学方程式为

 

．
（6）取20.00mL滤液N，用O.02mol．L^-l的KMnO₄溶液进行滴定，消耗KMnO₄溶液18.00mL，则滤液N中Fe²⁺的浓度为

 

mol?L^-l．

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：制备活性氧化锌流程为：氧化锌粗品（含铁的氧化物、CuO和SiO₂等杂质）中加入稀硫酸，氧化锌、铁的氧化物、氧化铜与稀硫酸反应，二氧化硅不反应，通过过滤操作分离出二氧化硅，滤液中含有铁离子、亚铁离子、锌离子、铜离子；向滤液M加入过量铁粉，铜离子被置换成铜单质，通过过滤得到的滤液N中含有亚铁离子、锌离子；
向滤液N中加入过量氢氧化钠，反应生成氢氧化铁、氢氧化亚铁沉淀，滤液Q中含有AlO₂^-；酸化滤液Q后加入适量碳酸钠溶液得到沉淀ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O，经过煅烧得到ZnO，
（1）操作A为过滤，根据过滤操作方法写出还缺少的仪器名称；
（2）根据固体表面积对反应速率的影响分析；
（3）铁的还原性大于铜，铁与铜离子反应生成铜单质；
（4）根据信息判断反应物、反应条件，然后写出反应的化学方程式；
（5）根据“ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O，“煅烧”在450～500℃下进行，煅烧获得ZnO”可知反应物、反应条件、生成物，然后写出反应的化学方程式；
（6）根据电子守恒找出关系式，然后根据高锰酸钾的物质的量计算出亚铁离子的物质的量，再根据c=

n

V

计算出滤液N中Fe²⁺的浓度．

解答： 解：根据图示可知，制备流程为：氧化锌粗品（含铁的氧化物、CuO和SiO₂等杂质）中加入稀硫酸，氧化锌、铁的氧化物、氧化铜与稀硫酸反应，二氧化硅不反应，通过过滤操作分离出二氧化硅，滤液中含有铁离子、亚铁离子、锌离子、铜离子；向滤液M加入过量铁粉，铜离子被置换成铜单质，通过过滤得到的滤液N中含有亚铁离子、锌离子；向滤液N中加入过量氢氧化钠，反应生成氢氧化铁、氢氧化亚铁沉淀，滤液Q中含有AlO₂^-；酸化滤液Q后加入适量碳酸钠溶液得到沉淀ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O，经过煅烧得到ZnO，
（1）根据分析可知，操作A为过滤操作，过滤所用的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒和漏斗，还缺少漏斗，故答案为：漏斗；
（2）为了加快反应速率，增大固液接触面积，在“溶解”前将氧化锌粗品粉碎成细颗粒，故答案为：增大固液接触面积，加快溶解时的反应速率；
（3）加入过量铁粉后，铁与铜离子发生置换反应生成亚铁离子和铜单质，从而回收了铜，故答案为：Cu；
（4）滤渣P中Fe（OH）₂和Fe（OH）₃的物质的量之比为5：1，该滤渣在空气中灼烧可获得高性能的磁粉Fe₃O₄，根据质量守恒，反应产物中还会生成水，反应的化学方程式为：20Fe（OH）₂+4Fe（OH）₃+3O₂=8Fe₃O₄+26H₂O，
故答案为：20Fe（OH）₂+4Fe（OH）₃+3O₂=8Fe₃O₄+26H₂O；
（5）在450～500℃下煅烧ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O获得ZnO，还会生成二氧化碳气体和水，反应的化学方程式为：ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O

450℃-500℃  .

3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑，
故答案为：ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O

450℃-500℃  .

3ZnO+CO₂↑+3H₂O↑；
（6）取20.00mL滤液N，用O.02mol．L^-l的KMnO₄溶液进行滴定，消耗KMnO₄溶液18.00mL，高锰酸钾的物质的量为：0.02mol/L×0.018L=0.00036mol，
高锰酸根离子变成锰离子，化合价降低5价，亚铁离子变成铁离子化合价变化为1，则二者反应的关系式为：KMnO₄～5Fe²⁺，
反应消耗的亚铁离子的物质的量为：0.00036mol×5=0.0018mol，
则滤液N中Fe²⁺的浓度为：c（Fe²⁺）=

0.0018mol

0.02L

=0.09mol/L，
故答案为：0.09．

点评：本题考查了物质制备方案的设计、物质分离与提纯方法的综合应用，题目难度较大，明确制备流程为解答关键，注意掌握常见物质分离与提纯的操作方法，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．