Question

4．氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗．纯化工业级氧化锌[含
有Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等杂质]的流程如下：
工业ZnO$→_{①}^{稀H_{2}SO_{4}}$ 浸出液$→_{适量高锰酸钾溶液②}^{调pH约为5}$ $\stackrel{过滤}{→}$ 滤液$→_{③}^{Zn}$ $\stackrel{过滤}{→}$滤液 $→_{④}^{Na_{2}CO_{3}}$ 滤饼$→_{⑤}^{煅烧⑤}$ZnO
已知：a．在本实验条件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO₂；
b．Fe³⁺和Fe²⁺的氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH，见下表：

	Fe3+	Fe2+
氢氧化物开始沉淀时的pH	1.9	7.0
氢氧化物完全沉淀时的pH	3.2	9.0

回答下列问题：
（1）反应②中除掉的杂质离子是Fe²⁺、Mn²⁺，发生反应的离子方程式为MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO₂↓+5H⁺、2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；在加高锰酸钾溶液之前，若pH较低，对除杂的影响是铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质；
（2）反应③的反应类型为置换反应（填“化合反应”、“分解反应”、“置换反应”或“复分解反应”），过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有镍；
（3）反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀已洗涤干净的方法是取最后一次少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀盐酸，再滴入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净．
（4）反应④中产物的成分可能是ZnCO₃•xZn（OH）₂，取干燥后的滤饼22.4g，煅烧后可得到产品16.2g．则x等于1．

Answer 1

分析 纯化工业级氧化锌和稀硫酸反应导致溶液中存在Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺，向浸出液中加入适量高锰酸钾溶液并调节溶液的pH约为5，Ni（Ⅱ）不能被氧化，Fe²⁺、Mn²⁺被氧化而被除去，同时溶液中有MnO₂生成，过滤后，向滤液中加入Zn过滤，Zn和Ni²⁺发生氧化还原反应生成Ni，溶液中存在Zn²⁺，向滤液中加入碳酸钠溶液，生成碳酸锌沉淀，煅烧碳酸锌沉淀生成ZnO，
（1）根据题意，Ni（Ⅱ）不能被氧化，反应②中除掉的杂质离子是Fe²⁺和Mn²⁺，根据MnO₄^-+具有氧化性，能将Fe²⁺和Mn²⁺氧化，根据电子得失进行配平；加高锰酸钾溶液前，若pH较低，铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质．
（2）反应③为锌与镍离子的发生反应得到锌离子和镍；得到的滤渣中，除了过量的锌外还有金属镍．
（3）检验沉淀是否洗涤干净的方法是最后一次洗涤液，检验表面是否含有硫酸根离子；
（4）根据关系式ZnCO₃•xZn（OH）₂～（x+1）ZnO来计算．

解答 解：纯化工业级氧化锌和稀硫酸反应导致溶液中存在Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺，向浸出液中加入适量高锰酸钾溶液并调节溶液的pH约为5，Ni（Ⅱ）不能被氧化，Fe²⁺、Mn²⁺被氧化而被除去，同时溶液中有MnO₂生成，过滤后，向滤液中加入Zn过滤，Zn和Ni²⁺发生氧化还原反应生成Ni，溶液中存在Zn²⁺，向滤液中加入碳酸钠溶液，生成碳酸锌沉淀，煅烧碳酸锌沉淀生成ZnO，
（1）根据题意，Ni（Ⅱ）不能被氧化，反应②中除掉的杂质离子是Fe²⁺和Mn²⁺，发生的离子方程式为MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO₂↓+5H⁺、2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；加高锰酸钾溶液前，若pH较低，铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质；
故答案为：Fe²⁺和Mn²⁺；MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO₂↓+5H⁺、2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质；
（2）反应③为锌与镍离子的发生反应得到锌离子和镍，反应类型为置换反应；得到的滤渣中，除了过量的锌外还有金属镍，
故答案为：置换反应；镍；
（3）由于溶液中硫酸根离子属于杂质离子，因此可以检验测定洗涤液中是否存在硫酸根离子，操作为：取最后一次少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀盐酸，再滴入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净，
故答案为：取最后一次少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀盐酸，再滴入氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净；                                        
（4）根据关系式ZnCO₃•xZn（OH）₂ ～（x+1）ZnO
                125+99x          81（x+1）
                22.4g            16.2g
解得：x=1
故答案为：1．

点评 本题考查混合物的分离和提纯，侧重考查学生分析问题、解答问题能力，明确流程图中各个步骤发生的反应及溶液中存在的微粒，知道常见离子的检验方法及实验现象，题目难度中等．