Question

12．由于金属锌本身的价值不高，在我国工业锌废料的回收利用率比较低，某课题组研究利用含少量铜、铁的粗锌制备硫酸锌及相关物质的资源综合利用，其工艺流程图（图中加入的物质均为足量）及有关数据如下：
请回答下列问题：

物质	Fe（OH）3	Cu（OH）2	Zn（OH）2	CuS	ZnS
Ksp	4.0×10-38	5.0×10-20	2.0×10-16	8.5×10-45	1.2×10-23

（1）固体A的主要成分是Fe（OH）₃，加入固体B的主要作用是除去溶液Ⅱ中的Cu²⁺．
（2）粗锌中的铜与稀混酸溶液反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
（3）若溶液Ⅱ中c（Cu²⁺）为0.05mol•L^-1，则溶液Ⅱ的pH≤5．
（4）若B是Zn，取8.320gC完全溶解于500mL1mol•L^-1稀硝酸中，共收集到2240mL气体，再向所得溶液中加入NaOH溶液至刚好生成沉淀最多，此时所得沉淀质量（m）的取值范围是13.42；若B是另一种物质，取部分C于试管中，加入盐酸后产生了有臭鸡蛋味气体，则该反应的离子方程式为ZnS+2H⁺=H₂S↑+Zn²⁺．

Answer 1

分析 利用含铜、铁的粗锌制备硫酸锌：粗铜中铜、铁和硫酸、硝酸反应，生成铜离子、铁离子，根据K_sp可知，氢氧化铜比氢氧化锌更难溶，向溶液中加入Zn（OH）₂，得到沉淀A为Fe（OH）₃，加入足量固体B，因B不同沉淀C成分不同，但滤液Ⅲ为硫酸锌溶液，制备七水合硫酸锌，防止结晶水失水，需冷却结晶，过滤、洗涤、干燥，即得到较纯净的硫酸锌晶体．

解答 解：利用含铜、铁的粗锌制备硫酸锌：粗铜中铜、铁和硫酸、硝酸反应，生成铜离子、铁离子，根据K_sp可知，氢氧化铜比氢氧化锌更难溶，向溶液中加入Zn（OH）₂，得到沉淀A为Fe（OH）₃，加入足量固体B，因B不同沉淀C成分不同，但滤液Ⅲ为硫酸锌溶液，制备七水合硫酸锌，防止结晶水失水，需冷却结晶，过滤、洗涤、干燥，即得到较纯净的硫酸锌晶体，
（1）由以上分析可知固体A的主要成分是Fe（OH）₃，固体B可为氢氧化铜、氧化铜、硫化锌或锌等，用于除去溶液Ⅱ中的Cu²⁺，
故答案为：Fe（OH）₃；除去溶液Ⅱ中的Cu²⁺；
（2）粗锌中的铜与稀混酸溶液反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）若溶液Ⅱ中c（Cu²⁺）为0.05mol•L^-1，由Ksp=5.0×10^-20可知，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{5.0×1{0}^{-20}}{0.05}}$mol/L=1.0×10^-9mol/L，则c（H⁺）=1.0×10^-5mol/L，
所以pH≤5，
故答案为：5；
（4）若B是Zn，则固体C为Zn和Cu的混合物，取8.320gC完全溶解于500mL1mol•L^-1稀硝酸中，共收集到2240mL气体，即n（NO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，转移0.3mol电子，由关系式Zn、Cu$\stackrel{2e-}{→}$Zn²⁺、Cu²⁺$\stackrel{2OH-}{→}$Cu（OH）₂、Zn（OH）₂可知，总质量为8.320g+0.3mol×17g/mol=13.42g，若固体B是另一种物质，取部分固体C于试管中，加入足量的盐酸，有臭鸡蛋气味的气体产生，气体为硫化氢，该实验为制备硫酸锌，则B应为ZnS，固体C中含有ZnS和CuS，和盐酸反应生成硫化氢的物质为硫化锌，反应为：ZnS+2H⁺=H₂S↑+Zn²⁺，
故答案为：13.42；ZnS+2H⁺=H₂S↑+Zn²⁺．

点评 本题考查了利用含铜、铁的粗锌制备硫酸锌，为高考常见题型，侧重于学生的分析、实验和计算能力的考查，涉及氮的化合物、沉淀溶解平衡应用、氧化还原等知识，理清沉淀溶解平衡的有关计算是解本题关键，题目难度中等．