Question

5．某科研小组设计出利用工业废酸（含10%的H₂SO₄）和废弃氧化铜锌矿制取活性ZnO的方案如图．

已知：298K时各离子开始沉淀及完全沉淀时的pH如表所示．

离子	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe2+	6.34	9.7
Fe3+	1.48	3.2
Zn2+	6.2	8.0

请回答下列问题：
（1）在H₂SO₄作用下矿石中含有的ZnS溶解而CuS不溶，这是由于相同温度下：K_sp（CuS）＜K_sp（ZnS）（选填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）除铁过程中试剂甲最好选用B（填序号）．
A．KMnO₄ B．H₂O₂ C．HNO₃ D．Cl₂
（3）除铁过程中加入氨水的目的是调节pH在3.2～6.2范围之间．
（4）试写出沉淀Zn²⁺时发生反应的离子方程式：2Zn²⁺+3NH₃?H₂O+HCO₃^-=Zn₂（OH）₂CO₃↓+3NH₄⁺+H₂O．

Answer 1

分析 氧化铜锌矿先用稀硫酸溶解，然后过滤分离出矿渣，向所得溶液中加入过量Fe将Cu铜置换出来，得到海绵铜，向滤液中加入试剂甲、氨水除去铁，加氧化剂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，加氨水调节溶液的pH，过滤将其除去，再用NH₄HCO₃洗涤溶液，得到溶解度较小的碱式碳酸锌，最后焙烧得到ZnO，乙的溶液可直接用作氮肥，乙溶液为（NH₄）₂SO₄，以此解答该题．

解答 解：氧化铜锌矿先用稀硫酸溶解，然后过滤分离出矿渣，向所得溶液中加入过量Fe将Cu铜置换出来，得到海绵铜，向滤液中加入试剂甲、氨水除去铁，加氧化剂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，加氨水调节溶液的pH，过滤将其除去，再用NH₄HCO₃洗涤溶液，得到溶解度较小的碱式碳酸锌，最后焙烧得到ZnO，乙的溶液可直接用作氮肥，乙溶液为（NH₄）₂SO₄，
（1）相同条件下，溶解度大的物质先溶解，因在H₂SO₄的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶，则相同温度下：K_sp（CuS）＜K_sp（ZnS），故答案为：＜；
（2）除铁过程中，要将亚铁离子转化为铁离子，然后用氨水除去铁离子，试剂甲具有氧化性且不能引进新的杂质，高锰酸钾、硝酸、氯气都具有强氧化性但能引进新的杂质，所以应该选取双氧水，双氧水被还原生成水，故答案为：B；
（3）从图表数据可知，铁离子沉淀完全的pH为3.2，锌离子开始沉淀的pH为6.2．故除铁pH范围为：3.2～6.2，故答案为：3.2～6.2；
（4）硫酸锌、碳酸氢铵和一水合氨反应生成碱式碳酸锌和硫酸铵、水，反应的离子方程式为2Zn²⁺+3NH₃?H₂O+HCO₃^-=Zn₂（OH）₂CO₃↓+3NH₄⁺+H₂O，
故答案为：2Zn²⁺+3NH₃?H₂O+HCO₃^-=Zn₂（OH）₂CO₃↓+3NH₄⁺+H₂O．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，侧重考查学生知识综合应用能力，明确物质性质及物质分离和提纯方法是解本题关键，难点是计算铁离子浓度，知道流程图中各部分可能发生的反应、采用的分离方法，题目难度不大．