Question

高炉炼铁的烟尘中主要含有锌、铁、铜等金属元素。从烟尘中提取硫酸锌，可以变废为宝，减少其对环境的危害。下图是用高炉烟尘制取硫酸锌的工业流程。

已知：

①20℃时，0.1mol．L^-1的金属离子沉淀时的pH

pH	Fe^3+	Zn^2+	Mn^2+	Cu^2+
开始沉淀	1.9	6.0	8.1	4.7
沉淀完全	3.7	8.0	10.1	6.7
沉淀溶解	不溶解	10.5	不溶解	/

②过二硫酸铵是一种强氧化剂。

③ZnSO₄+4NH₃═[Zn（NH₃）₄]SO₄，[Zn（NH₃）₄]SO₄易溶于水。

回答下列问题：

（1）为提高烟尘中金属离子的浸出率，除了适度增加硫酸浓度外，还可以采取什么措施？（举出1种）_____________。

（2）上述流程测得溶液pH=5.0，此处可以选择的测量仪器是_____________。

（3）加入MnO₂的目的是_____________。

（4）写出过二硫酸铵把硫酸锰（MnSO₄）氧化的化学方程式_____________。

（5）写出还原过程发生的主要反应的离子方程式_____________。

（6）操作甲中为使锌离子完全沉淀，添加的最佳试剂是_____________

A．锌粉      B．氨水      C．（ NH₄）₂CO₃       D． NaOH

（7）若pH=5.0时，溶液中的Cu²⁺尚未开始沉淀，求溶液中允许的Cu²⁺浓度的最大值_____________。

Answer

（1）增大硫酸浓度/升高温度/边加硫酸边搅拦/增加浸出时间等；

（2）pH计（或者酸度计或试纸）；（3）将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】

试题分析：高炉炼铁的烟尘中主要含有锌、铁、铜等金属元素，用硫酸酸浸，过滤得到滤液中含有锌离子、亚铁离子、铜离子等，用二氧化锰氧化亚铁离子生成铁离子，再加氨水调节pH值使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤除去，用过二硫酸铵除去锰离子，再加入足量的锌除去铜离子，得到硫酸铵、硫酸锌的混合溶液，在溶液中加足量的（ NH4）2CO3 使锌离子完全沉淀，过滤分离后用硫酸溶解得到硫酸锌。

（1）升高温度、搅拦、增加浸出时间等可以提高烟尘中金属离子的浸出率，故答案为：升高温度；

（2）测量溶液pH可以用pH计，故答案为：pH计；

（3）加入MnO2可以将亚铁离子氧化成铁离子，通过调节溶液pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀除去，故答案为：将Fe2+氧化成Fe3+；

（4）过二硫酸铵和硫酸锰反应生成二氧化锰、硫酸铵、硫酸，反应的化学方程式为MnSO4+（NH4）2S2O8+2H2O=MnO2+（NH4）2SO4+2H2SO4，故答案为：MnSO4+（NH4）2S2O8+2H2O=MnO2+（NH4）2SO4+2H2SO4；

（5）还原过程中锌置换出铜，反应的离子方程式为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，故答案为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu；（6）由于在前面的步骤中已经加过锌，所以锌不能使锌离子完全沉淀，氨水与锌离子形成配合离子溶于水，氢氧化钠会引入新杂质，所以要使锌离子完全沉淀，只能用碳酸铵，故选C；

（7）根据0.1mol．L-1Cu2+开始沉淀时pH=4.7，可知Ksp[Cu（OH）2]=0.1×（10-9.3）2=10-19.6，根据Ksp可知pH=5.0时，所以溶液中的Cu2+浓度的最大值为mol/L=10-1.6mol/L，故答案为：10-1.6mol/L。

【考点定位】考查物质分离和提纯

【名师点晴】本题考查了物质分离提纯的方法和流程分析判断，为高考常见题型，掌握物质性质和实验操作流程是解题关键，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的应用能力。高炉炼铁的烟尘中主要含有锌、铁、铜等金属元素，用硫酸酸浸后过滤得到滤液中含有锌离子、亚铁离子等，用二氧化锰氧化亚铁离子生成铁离子，再加氨水调节pH值除去铁离子，再加入过二硫酸铵生成二氧化锰除去锰，再加入足量的锌除去铜离子得硫酸铵、硫酸锌的混合溶液，在溶液中加足量的（ NH4）2CO3 使锌离子完全沉淀。