Question

3．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}}$$\stackrel{过滤}{→}$滤饼$→_{⑤}^{煅烧}$ZnO
提示：在本实脸条件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化：高锰酸钾的还原产物是MnO₂
回答下列问题：
（1）反应②中除掉的杂质离子是Fe²⁺和Mn²⁺，发生反应的离子方程式为MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O═MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺；3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是不会形成Fe（OH）₃和MnO₂沉淀．或无法除去Fe²⁺和Mn²⁺；
（2）反应③的反应类型为置换反应．过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有Ni；
（3）反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液少量，滴入稀盐酸，加入氯化钡溶液，没有白色沉淀生成，证明洗涤干净．
（4）反应④中产物的成分可能是ZnCO₃•xZn（OH）₂．取干操后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g．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，据此分析解答．

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）通过以上分析知，酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，将Fe²⁺、Mn²⁺氧化生成铁离子、MnO₂，Zn²⁺和Ni²⁺与酸性高锰酸钾溶液不反应，所以反应②中除掉的杂质离子是Fe²⁺和Mn²⁺，发生的离子反应有MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O═MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺、3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，如果溶液的pH较低，溶液呈酸性，则不能生成Fe（OH）₃和MnO₂沉淀而导致无法除去Fe²⁺和Mn²⁺，
故答案为：Fe²⁺和Mn²⁺；MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O═MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺； 3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；不会形成Fe（OH）₃和MnO₂沉淀，或无法除去Fe²⁺和Mn²⁺；
（2）过滤后，向滤液中加入Zn过滤，Zn和Ni²⁺发生置换反应生成Ni，Ni不溶于水，所以滤渣中含有Ni和Zn，
故答案为：置换反应；Ni；
（3）如果沉淀洗涤不干净，则洗涤液中含有硫酸根离子，硫酸根离子和钡离子反应生成硫酸钡白色沉淀，其检验方法是：取最后一次洗涤液少量，滴入稀盐酸，加入氯化钡溶液，没有白色沉淀生成，证明洗涤干净，
故答案为：取最后一次洗涤液少量，滴入稀盐酸，加入氯化钡溶液，没有白色沉淀生成，证明洗涤干净；
（4）设ZnCO₃•xZn（OH）₂的物质的量为ymol，ZnCO₃•xZn（OH）₂煅烧得到ZnO，则固体质量减少的质量为二氧化碳、水的质量，n（ZnO）=$\frac{8.1g}{81g/mol}$=0.1mol，
根据固体质量减少的质量、ZnO的物质的量列方程式为
44y+18xy=11.2-8.1
y+xy=0.1
解得 x=1
y=0.05
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．