Question

炉甘石为不溶于的天然碳酸锌，广泛用于皮肤科，作为中度的防腐，收敛，保护剂，治疗皮肤炎症或表面创伤，某地炉甘石的主要成分为碳酸锌（ZnCO₃），含有少量氧化铜（CuO），氧化铁（Fe₂O₃），某兴趣小组利用该炉甘石按如下方案制备氧化锌．

已知：Fe³⁺，Cu²⁺，Zn²⁺完全沉淀时的pH分别为3，2，6，7，8，0
（1）炉甘石与硫酸作用生成气体的反应的化学方程式是

 

．
（2）加入氨水生成的沉淀主要是

 

．
（3）上述方案中，若把氨水换成氧化锌，也能出去杂质，其原因是

 

．
（4）氧化锌同氧化铝一样，属于两性氧化物，则氧化锌与氢氧化钠反应的离子方程式为

 

（已知：“锌酸”的化学式可写成H₂[Zn（OH）₄]）．
（5）过量锌与一定量浓硫酸充分反应，生成的气体为

 

．
（6）加碳酸铵时生成的沉淀是碱式碳酸锌3.41g，在400-500℃下加热至恒重，得到ZnO 2.43g和标准状况下的CO₂ 0.224L，该碱式碳酸锌的化学式为

 

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Answer 1

考点：制备实验方案的设计,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：炉甘石的主要成分为碳酸锌（ZnCO₃），含有少量氧化铜（CuO），氧化铁（Fe₂O₃），炉甘石加入硫酸溶解，在溶液中加入氨水沉淀铜离子和铁离子，过滤后的溶液中加入碳酸铵沉淀锌离子，过滤得到沉淀灼烧得到氧化锌；
（1）炉甘石与硫酸作用生成气体的反应是碳酸锌和硫酸反应生成的二氧化碳气体；
（2）加入氨水生成的沉淀为氢氧化铜和氢氧化铁；
（3）若把氨水换成氧化锌，也能出去杂质，利用氧化锌调节溶液PH使铜离子和铁离子全部沉淀；
（4）氧化锌与氢氧化钠反应生成[Zn（OH）₄]^2-；
（5）过量锌与一定量浓硫酸充分反应，开始于浓硫酸反应生成二氧化硫，后来和稀硫酸反应生成氢气；
（6）由质量求出ZnO、CO₂、H₂O的物质的量，根据物质的量的比得碱式碳酸锌的化学式．

解答： 解：炉甘石的主要成分为碳酸锌（ZnCO₃），含有少量氧化铜（CuO），氧化铁（Fe₂O₃），炉甘石加入硫酸溶解，在溶液中加入氨水沉淀铜离子和铁离子，过滤后的溶液中加入碳酸铵沉淀锌离子，过滤得到沉淀灼烧得到氧化锌；
（1）炉甘石与硫酸作用生成气体的反应是碳酸锌和硫酸反应生成的二氧化碳气体，反应的化学方程式为：ZnCO₃+H₂SO₄=ZnSO₄+CO₂↑+H₂O；
故答案为：ZnCO₃+H₂SO₄=ZnSO₄+CO₂↑+H₂O；
（2）加入氨水生成的沉淀为氢氧化铜和氢氧化铁；
故答案为：Fe（OH）₃、Cu（OH）₂；
（3）若把氨水换成氧化锌，也能出去杂质，利用氧化锌调节溶液PH使铜离子和铁离子全部沉淀，加入氧化锌消耗氢离子，溶液PH升高，当到溶液接近中性时，铜离子和铁离子全部沉淀，达到相同的目的；
故答案为：加入氧化锌消耗氢离子，溶液PH升高，当到溶液接近中性时，铜离子和铁离子全部沉淀；
（4）氧化锌与氢氧化钠反应生成[Zn（OH）₄]^2-．氧化锌同氧化铝一样，属于两性氧化物，则氧化锌与氢氧化钠反应的离子方程式为：ZnO+2OH-+H₂O=[Zn（OH）₄]^2-；
故答案为：ZnO+2OH-+H₂O=[Zn（OH）₄]^2-；
（5）过量锌与一定量浓硫酸充分反应，开始于浓硫酸反应生成二氧化硫，后来和稀硫酸反应生成氢气，得到气体为SO₂、H₂；
故答案为：SO₂、H₂；
（6）标准状况下0.224L CO₂ 的物质的量为n（CO₂）=

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol，CO₂ 的质量为m（CO₂）=0.01mol×44g/mol=0.44g；则水的质量为：m（H₂O）=3.41g-2.43g-0.44g=0.54g，水的物质的量为：n（H₂O）=

0.54g

18g/mol

=0.03mol；ZnO的物质的量为：n（ZnO）=

2.43g

81g/mol

=0.03mol，综上可得：n（ZnO）：n（CO₂）：n（H₂O）=3：1：3，碱式碳酸锌的组成可表示为：3ZnO?CO₂?3H₂O，因此碱式碳酸锌的化学式为：ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O或Zn₃（OH）₄CO₃?H₂O，
故答案为：ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O或Zn₃（OH）₄CO₃?H₂O．

点评：本题为生产流程题，涉及金属的回收、环境保护、氧化还原反应、物质的分离和除杂等问题，题目较为综合，做题时注意仔细审题，从题目中获取关键信息，其中计算是易失分点，本题难度中等．