Question

【題目】[化學(xué)～選修2：化學(xué)與技術(shù)]

高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素。從煙塵中提取硫酸鋅，可以變廢為寶，減少其對(duì)環(huán)境的危害。下圖是用高爐煙塵制取硫酸鋅的工業(yè)流程。

已知：①20℃時(shí)，0．1 mol．L-1的金屬離子沉淀時(shí)的pH

②過(guò)二硫酸銨是一種強(qiáng)氧化劑。

回答下列問(wèn)題：

（1）為提高煙塵中金屬離子的浸出率，除了適度增加硫酸濃度外，還可以采取什么措施？

（舉出1種） 。

（2）上述流程測(cè)得溶液pH=5．0，此處可以選擇的測(cè)量?jī)x器是 。

（3）加入MnO2的目的是 。

（4）寫(xiě)出過(guò)二硫酸銨把硫酸錳(MnSO4)氧化的化學(xué)方程式 。

（5）寫(xiě)出還原過(guò)程發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式 。

（6）操作甲中為使鋅離子完全沉淀，添加的最佳試劑是 。

A鋅粉 B氨水 C( NH4)2CO3 D NaOH

（7）若pH=5．0時(shí)，溶液中的Cu2+尚未開(kāi)始沉淀，求溶液中允許的Cu2+濃度的最大值

Answer 1

【答案】（1）加熱，攪拌等

（2）pH計(jì)（或者酸度計(jì)，寫(xiě)pH試紙也給分）

（3）將Fe2+氧化成Fe3+

（4）MnSO4+(NH4)2S2O8 +2H2O= MnO2 +(NH4)2SO4 +2H2SO4

（5）Zn+Cu2+= Zn2++Cu

（6）C

（7）10-1．6mol/L

【解析】

試題分析：分析題給化學(xué)工藝流程知煙塵（主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素）加入稀硫酸酸浸，過(guò)濾，濾液中含有Zn2＋、Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋等金屬陽(yáng)離子，加入MnO2，將Fe2＋氧化為Fe3＋，加入氨水調(diào)節(jié)pH=5.0，F(xiàn)e3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去；向?yàn)V液中加入過(guò)二硫酸銨將Mn2＋轉(zhuǎn)化為二氧化錳沉淀而除去，向?yàn)V液中加入金屬鋅，將Cu2＋還原為銅單質(zhì)，過(guò)濾，濾渣為銅，濾液為硫酸鋅和硫酸銨的混合液，經(jīng)操作甲使鋅離子完全沉淀，經(jīng)后續(xù)操作生成硫酸鋅，據(jù)此作答。

（1）從影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界條件分析。為提高煙塵中金屬離子的浸出率，除了適度增加硫酸濃度外，還可以加熱，攪拌等。

（2）測(cè)得溶液pH=5．0，此處可以選擇的測(cè)量?jī)x器是pH計(jì)。

（3）加入MnO2的目的是將Fe2+氧化成Fe3+。

（4）根據(jù)題給流程和信息知過(guò)二硫酸銨具有強(qiáng)氧化性，將硫酸錳(MnSO4)氧化為二氧化錳，本身被還原為硫酸銨，利用化合價(jià)升降法配平，化學(xué)方程式為MnSO4+(NH4)2S2O8 +2H2O= MnO2 +(NH4)2SO4 +2H2SO4。

（5）還原過(guò)程為向?yàn)V液中加入金屬鋅，將Cu2＋還原為銅單質(zhì)，發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為Zn+Cu2+= Zn2++Cu。

（6）操作甲中為使鋅離子完全沉淀，加入鋅粉不能使鋅離子沉淀，加入氨水和氫氧化鈉難以控制用量，故添加的最佳試劑是( NH4)2CO3，選C。

（7）根據(jù)題給數(shù)據(jù)知 20℃時(shí)，0．1 mol·L-1的Cu2＋開(kāi)始沉淀時(shí)的pH=4.7，則c(H＋)=10-4.7mol/L，c(OH－)=10-9.3mol/L，則Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2＋)c2(OH)=10-19.6。若pH=5．0時(shí)，c(H＋)=10-5mol/L，c(OH－)=10-9mol/L，則c(Cu2＋)= Ksp[Cu(OH)2]/c2(OH)=10-1.6mol/L。