Question

13．某科研小組設計出利用工業(yè)廢酸（10%H₂SO₄）來堆浸某廢棄的氧化銅鋅礦制取活性ZnO的方案，實現(xiàn)廢物綜合利用，方案如圖所示．

已知：298K時各離子開始沉淀及完全沉淀時的pH如下表所示．

離子	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
Fe2+	6.34	9.7
Fe3+	1.48	3.2
Zn2+	6.2	8.0

請回答下列問題：
（1）氧化銅鋅礦中含有少量的CuS和ZnS，在H₂SO₄的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶，這是由于相同溫度下：K_sp（CuS）＜ K_sp（ZnS）（選填“＞”“＜”或“=”）．
（2）你認為在除鐵過程中選用下列物質中的C（填序號）作為試劑甲是比較合適的．
A．KMnO₄          B．HNO₃          C．H₂O₂              D．Cl₂
（3）除鐵過程中加入氨水的目的是調節(jié)溶液的pH，pH應控制在3.2～6.2范圍之間．
（4）請寫出加甲物質后，加入氨水控制調節(jié)溶液的pH生成Fe（OH）₃反應的離子方程式Fe³⁺+3NH₃•H₂O═Fe﹙OH）₃↓+3NH₄⁺．
（5）298K時殘留在乙溶液中的c（Fe³⁺）在2.7×10^-15.6 mol/L以下（Fe（OH）₃的K_SP=2.70×10^-39）
（6）乙的溶液可直接用作氮肥，則乙的化學式是（NH₄）₂SO₄．
（7）請寫出“沉淀Zn²⁺”步驟中發(fā)生反應的化學方程式2ZnSO₄+NH₄HCO₃+3NH₃．H₂O═Zn₂（OH）₂CO₃↓+2（NH₄）₂SO₄+H₂O．

Answer 1

分析 氧化銅鋅礦先用稀硫酸溶解，然后過濾分離出礦渣，向所得溶液中加入過量Fe將Cu銅置換出來，得到海綿銅，向濾液中加入試劑甲、氨水除去鐵，加氧化劑將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，加氨水調節(jié)溶液的pH，過濾將其除去，再用NH₄HCO₃洗滌溶液，得到溶解度較小的堿式碳酸鋅，最后焙燒得到ZnO，乙的溶液可直接用作氮肥，乙溶液為（NH₄）₂SO₄，
（1）相同條件下，溶解度大的物質先溶解；
（2）除鐵過程中，要將亞鐵離子轉化為鐵離子，然后用氨水除去鐵離子，試劑甲具有氧化性且不能引進新的雜質； 
（3）pH的范圍應是使鐵離子沉淀完全而鋅離子不沉淀；
（4）鐵離子和一水合氨反應生成氫氧化鐵沉淀和銨根離子；
（5）鋅離子開始沉淀時溶液的pH=6.2，溶液中c（OH^-）=10^-7.8 mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$；
（6）結合題給信息利用工業(yè)廢酸和氮肥考慮；
（7）硫酸鋅、碳酸氫銨和一水合氨反應生成堿式碳酸鋅和硫酸銨、水．

解答 解：氧化銅鋅礦先用稀硫酸溶解，然后過濾分離出礦渣，向所得溶液中加入過量Fe將Cu銅置換出來，得到海綿銅，向濾液中加入試劑甲、氨水除去鐵，加氧化劑將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，加氨水調節(jié)溶液的pH，過濾將其除去，再用NH₄HCO₃洗滌溶液，得到溶解度較小的堿式碳酸鋅，最后焙燒得到ZnO，乙的溶液可直接用作氮肥，乙溶液為（NH₄）₂SO₄，
（1）相同條件下，溶解度大的物質先溶解，因在H₂SO₄的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶，則相同溫度下：K_sp（CuS）＜K_sp（ZnS），故答案為：＜；
（2）除鐵過程中，要將亞鐵離子轉化為鐵離子，然后用氨水除去鐵離子，試劑甲具有氧化性且不能引進新的雜質，高錳酸鉀、硝酸、氯氣都具有強氧化性但能引進新的雜質，所以應該選取雙氧水，雙氧水被還原生成水，故選C； 
（3）從圖表數(shù)據可知，鐵離子沉淀完全的pH為3.2，鋅離子開始沉淀的pH為6.2．故除鐵pH范圍為：3.2～6.2，故答案為：3.2～6.2；
（4）鐵離子和一水合氨反應生成氫氧化鐵沉淀和銨根離子，離子方程式為Fe³⁺+3NH₃•H₂O═Fe﹙OH）₃↓+3NH₄⁺，故答案為：Fe³⁺+3NH₃•H₂O═Fe﹙OH）₃↓+3NH₄⁺；
（5）鋅離子開始沉淀時溶液的pH=6.2，溶液中c（OH^-）=10^-7.8 mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.70×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-7.8}）^{3}}$mol/L=2.7×10^-15.6mol/L，故答案為：2.7×10^-15.6；
2.7×10^-20.4
（6）因所用廢酸為硫酸，乙又可作氮肥，所以乙為（NH₄）₂SO₄，
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（7）硫酸鋅、碳酸氫銨和一水合氨反應生成堿式碳酸鋅和硫酸銨、水，反應方程式為2ZnSO₄+NH₄HCO₃+3NH₃．H₂O═Zn₂（OH）₂CO₃↓+2（NH₄）₂SO₄+H₂O，故答案為：2ZnSO₄+NH₄HCO₃+3NH₃．H₂O═Zn₂（OH）₂CO₃↓+2（NH₄）₂SO₄+H₂O．

點評 本題考查物質分離和提純，為高頻考點，側重考查學生知識綜合應用能力，明確物質性質及物質分離和提純方法是解本題關鍵，難點是計算鐵離子濃度，知道流程圖中各部分可能發(fā)生的反應、采用的分離方法，題目難度不大．