Question

17．硫酸鋅被廣泛應用于醫(yī)藥領域和工農業(yè)生產．工業(yè)上由氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）生產ZnSO₄•7H₂O的一種流程如圖：

（1）步驟Ⅰ的操作是過濾，濾渣A的主要成分是H₂SiO₃．
（2）步驟Ⅰ加入稀硫酸進行酸浸時，需不斷通入高溫水蒸氣的目的是H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O．
（3）步驟Ⅱ中，在pH約為5.1的濾液中加入高錳酸鉀，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂兩種沉淀，該反應的離子方程式為3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺．
（4）步驟Ⅲ中，加入鋅粉的作用是換出Cu，除去Cu²⁺．所得的濾液中含有的金屬陽離子有Zn²⁺、K⁺．
（5）已知硫酸鋅的溶解度與溫度之間的關系如下表：

溫度/℃	0	20	40	60	80	100
溶解度/g	41.8	54.1	70.4	74.8	67.2	60.5

從硫酸鋅溶液中獲得硫酸鋅晶體的實驗操作為60℃條件下蒸發(fā)濃縮、降溫結晶、過濾．
烘干操作需在減壓低溫條件下進行，原因是降低烘干的溫度，防止ZnSO₄•7H₂O分解．
（6）取28.70g ZnSO₄•7H₂O加熱至不同溫度，剩余固體的質量變化如圖所示．

分析數據，680℃時所得固體的化學式為b．
a．ZnO         b．Zn₃O（SO₄）₂         c．ZnSO₄         d．ZnSO₄•H₂O．

Answer 1

分析 氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，過濾，濾液中含有硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵，再加高錳酸鉀溶液與亞鐵離子反應生成MnO（OH）₂和氫氧化鐵沉淀，過濾，濾液中含有硫酸銅和硫酸鋅，加鋅粉置換銅離子，過濾，濾渣為Cu可能含有Zn，濾液為硫酸鋅和硫酸鉀，蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到ZnSO₄•7H₂O晶體；
（1）分離固體和液體通常用過濾的方法，ZnSiO₃、與稀硫酸反應生成硅酸不溶于水；
（2）用氫氧化鈉溶液清洗過濾裝置，目的是使反應生成的H₂SiO₃濾渣反應生成Na₂SiO₃溶解除去；
（3）高錳酸鉀與Fe²⁺反應生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂；
（4）步驟Ⅲ：向濾液中加入鋅粉，置換出銅，濾液為硫酸鋅和硫酸鉀；
（5）從溶液中獲得晶體通常用蒸發(fā)濃縮、過濾結晶、過濾、洗滌、烘干等操作，由于ZnSO₄•7H₂O易分解，所以烘干操作需在減壓低溫條件下進行；
（6）28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物質的量為0.1mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO₄•H₂O或ZnSO₄或ZnO或Zn₃O（SO₄）₂時，物質的量均為0.1mol，根據它們的質量通過排除法確定．

解答 解：氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）加稀硫酸溶解，過濾，濾液中含有硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵，再加高錳酸鉀溶液與亞鐵離子反應生成MnO（OH）₂和氫氧化鐵沉淀，過濾，濾液中含有硫酸銅和硫酸鋅，加鋅粉置換銅離子，過濾，濾渣為Cu可能含有Zn，濾液為硫酸鋅和硫酸鉀，蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到ZnSO₄•7H₂O晶體；
（1）分離固體和液體通常用過濾的方法，ZnSiO₃、與稀硫酸反應生成硅酸不溶于水，
故答案為：過濾；H₂SiO₃；
（2）濾渣A為硅酸沉淀，用氫氧化鈉溶液清洗過濾裝置，目的是使反應生成的H₂SiO₃濾渣與氫氧化鈉反應生成Na₂SiO₃溶解除去，其發(fā)生的反應為：H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O，故答案為：H₂SiO₃+2NaOH=Na₂SiO₃+2H₂O；
（3）在pH約為5.1的濾液中加入高錳酸鉀，高錳酸鉀與Fe²⁺發(fā)生氧化還原反應，生成Fe（OH）₃和MnO（OH）₂兩種沉淀，則反應的離子方程式為：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺，
故答案為：3Fe²⁺+MnO₄^-+8H₂O=3Fe（OH）₃↓+MnO（OH）₂↓+5H⁺；
（4）步驟Ⅲ：向濾液中加入鋅粉，置換出銅，濾液為硫酸鋅和硫酸鉀，所以濾液中含有的金屬陽離子有Zn²⁺、K⁺，
故答案為：置換出Cu，除去Cu²⁺；Zn²⁺、K⁺；
（5）從溶液中獲得晶體通常用蒸發(fā)濃縮、過濾結晶、過濾、洗滌、烘干等操作，由于ZnSO₄•7H₂O易分解，所以烘干操作需在減壓低溫條件下進行，
故答案為：60℃條件下蒸發(fā)濃縮、降溫結晶；降低烘干的溫度，防止ZnSO₄•7H₂O分解；
（6）28.70 g ZnSO₄•7H₂O的物質的量為0.1mol，由Zn元素守恒可知，生成ZnSO₄•H₂O或ZnSO₄或ZnO或Zn₃O（SO₄）₂時，物質的量均為0.1mol，
若得ZnSO₄•H₂O的質量為17.90g（100℃）；
若得ZnSO₄的質量為16.10g（250℃）；
若得ZnO的質量為8.10g（930℃）；
據此通過排除法確定680℃時所得固體的化學式為Zn₃O（SO₄）₂；
故答案為：b．

點評 本題以ZnSO₄•7H₂O的制備為知識背景，考查了基本實驗操作、氧化還原反應、化學反應速率的影響因素、化學方程式的書寫、計算等知識，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和實驗能力．