Question

某工厂排出的污水中含有大量的Fe²⁺、Zn²⁺、Hg²⁺三种金属离子．以下是某化学研究性学习小组的同学设计的除去污水中的金属离子，回收绿矾、皓矾（ZnSO₄?7H₂O）和汞的方案．
[药品]NaOH溶液、硫化钠溶液、硫化亚铁、稀硫酸、铁粉
[实验方案]

[问题探究]
（1）步骤Ⅱ所发生反应的离子方程式为

 

、

 

．
（2）步骤Ⅲ中的抽滤为减压条件下的过滤，可以加快过滤速度；该步骤涉及反应的离子方程式有Zn²⁺+4OH^-═Zn

O

2- 2

+2H₂O和

 

．
（3）步骤Ⅵ中得到硫酸锌溶液的离子反应方程式为

 

．
（4）欲实现步骤Ⅴ，所需加入的试剂有

 

、

 

，所涉及的主要操作依次为

 

．
（5）步骤Ⅳ常用的方法是加热，该步骤是否对环境有影响？

 

（填“是”或“否”），如有影响，请你设计一个环境保护方案来实现步骤Ⅳ的反应

 

．

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：污水中含有大量的Fe²⁺、Zn²⁺、Hg²⁺三种金属离子，加入硫化钠生成FeS、ZnS、HgS沉淀；向沉淀中加入硫酸，FeS、ZnS固体溶解在稀硫酸中生成FeSO₄、ZnSO₄，硫化汞不反应；HgS在空气中加热可得Hg、SO₂，由于Hg蒸气和SO₂都会对环境造成污染，在密闭容器中加热HgS可有效防止Hg蒸气和SO₂释放到大气中；FeSO₄和氢氧化钠反应生成Fe（OH）₂，Fe（OH）₂迅速被空气中的O₂氧化为Fe（OH）₃，Fe（OH）₃溶于硫酸得到硫酸铁，用铁还原得到硫酸亚铁；ZnSO₄和氢氧化钠反应生成氢氧化锌沉淀，Zn（OH）₂的性质类似于Al（OH）₃的性质，会继续和氢氧化钠反应生成Na₂ZnO₂，Na₂ZnO₂的性质类似于NaAlO₂的性质，和硫酸反应生成硫酸锌．
（1）步骤Ⅱ中只有FeS、ZnS固体溶解在稀硫酸中生成FeSO₄、ZnSO₄；
（2）向FeSO₄和ZnSO₄的混合溶液中加入过量NaOH时，Fe²⁺与OH^-反应生成Fe（OH）₂，Fe（OH）₂迅速被空气中的O₂氧化为Fe（OH）₃；
（3）根据框图转化关系，不难发现Zn（OH）₂的性质类似于Al（OH）₃的，Na₂ZnO₂的性质类似于NaAlO₂的，所以向Na₂ZnO₂的溶液中加入过量H₂SO₄生成ZnSO₄溶液；
（4）Fe（OH）₃首先与稀H₂SO₄反应生成Fe₂（SO₄）₃，Fe₂（SO₄）₃再与过量的Fe粉反应得到FeSO₄；
（5）HgS在空气中加热可得Hg、SO₂，由于Hg蒸气和SO₂都会对环境造成污染，在密闭容器中加热HgS可有效防止Hg蒸气和SO₂释放到大气中．

解答： 解：（1）经步骤Ⅰ得FeS、ZnS、HgS沉淀，加入硫酸只有FeS和ZnS固体溶解，FeS固体溶解在稀硫酸中生成FeSO₄，反应方程式为FeS+2H⁺═Fe²⁺+H₂S↑，ZnS固体溶解在稀硫酸中生成ZnSO₄，反应方程式为ZnS+2H⁺═Zn²⁺+H₂S↑，
故答案为：FeS+2H⁺═Fe²⁺+H₂S↑、ZnS+2H⁺═Zn²⁺+H₂S↑；
（2）向FeSO₄和ZnSO₄的混合溶液中加入过量NaOH时，Fe²⁺与OH^-反应生成Fe（OH）₂，Fe（OH）₂迅速被空气中的O₂氧化为Fe（OH）₃，
其反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+8OH-+2H₂O═4Fe（OH）₃↓；故答案为：4Fe²+O₂+8OH^-+2H₂O═4Fe（OH）₃↓；
（3）根据框图转化关系，不难发现Zn（OH）₂的性质类似于Al（OH）₃的性质，Na₂ZnO₂的性质类似于NaAlO₂的性质，所以向Na₂ZnO₂的溶液中加入过量H₂SO₄生成ZnSO₄溶液，其反应的离子方程式为ZnO₂^2-+4H⁺═Zn²⁺+2H₂O，故答案为：ZnO₂^2-+4H⁺═Zn²⁺+2H₂O；
（4）Fe（OH）₃首先与稀H₂SO₄反应生成Fe₂（SO₄）₃，Fe₂（SO₄）₃再与过量的Fe粉反应得到FeSO₄．经过滤除去Fe粉，将滤液经过浓缩结晶、过滤可得FeSO₄?7H₂O，
故答案为：稀硫酸；铁粉（过量）；过滤、浓缩结晶、过滤；
（5）HgS在空气中加热可得Hg、SO₂，由于Hg蒸气和SO₂都会对环境造成污染，在密闭容器中加热HgS可有效防止Hg蒸气和SO₂释放到大气中，从而保护了环境，
故答案为：是；在密闭容器中加热HgS．

点评：本题是一道关于元素和化合物知识综合考查题，考查学生分析问题能力和解决问题的能力，综合性强，难度大．注意锌的化合物的性质可类比铝的化合物的性质．