Question

硫酸锌是制造锌钡白和锌盐的主要原料，也可用于湿法电解制锌，如图为由锌灰制ZnSO₄·7H₂O晶体的工艺流程：

已知：①锌灰的主要成分为ZnO，还含有CuO、PbO、MnO和FeO；

②“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)₃和MnO(OH)₂。

请回答下列问题：

(1)MnO(OH)₂中Mn元素的化合价为_____________。

(2)“滤渣1”的主要成分为_____________。

(3)“氧化”时，需控制溶液的pH=5.1，Fe²⁺被氧化的离子方程式为_____________。

(4)操作a为_________、过滤、洗涤、干燥。

(5)ZnSO₄·7H₂O产品的纯度可用配位滴定法测定。准确称取一定量的ZnSO₄·7H₂O晶体加入250 mL的锥形瓶中，加水约20 mL，再加入2～3滴5%的二甲酚橙作指示剂、约5 mL六亚甲基四胺缓冲溶液，摇匀。用已标定的0.0160 mol/LEDTA溶液滴定，滴定至溶液由红紫色变成亮黄色，即为终点(ZnSO₄·7H₂O与EDTA按物质的量之比1：1反应)。实验数据如下表：

m(ZnSO4·7H2O)/g	起始滴定管读数/mL	终点滴定管读数/mL
0.1692	0.20	26.50

ZnSO₄·7H₂O产品的纯度为_____________(保留2位有效数字)。

(6)工业上采用惰性电极作阳极电解ZnSO₄溶液可实现湿法炼锌，电解过程中的离子方程式为___________。

Answer

+4 PbSO4 3Fe2++MnO4-+8H2O=3Fe(OH)3↓+MnO(OH)2↓+5H+ 蒸发浓缩、冷却结晶 71% 2Zn2++2H2O2Zn+4H+

【解析】

钡白矿(锌灰的主要成分是ZnO，还含有CuO、PbO、MnO和FeO)，加稀硫酸溶解，得到金属硫酸盐，PbSO4不溶，其余硫酸盐以溶于水，过滤，滤渣1为PbSO4，滤液中含有硫酸锌、CuSO4、FeSO4、MnSO4，加入锌粉发生置换反应：Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4，滤渣为铜与过量的锌粉，滤液中再加高锰酸钾溶液，Fe2+与MnO4-反应生成Fe(OH)3、MnO(OH)2沉淀，滤渣2的主要成分为成Fe(OH)3、MnO(OH)2，过滤，滤液为硫酸锌，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO4·7H2O晶体。

(1) MnO(OH)2中Mn元素的化台价为+4价；

(2)根据上述分析可知“滤渣1”的主要成分为PbSO4；

(3)KMnO4具有强的氧化性，Fe2+具有还原性，在pH=5.1时，Fe2+被氧化产生Fe3+与溶液中OH-结合形成Fe(OH)3沉淀，MnO4-被还原产生MnO(OH)2 ，故根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可得Fe2+被氧化的离子方程式为：3Fe2++MnO4-+8H2O=3Fe(OH)3↓+MnO(OH)2↓+5H+；

(4)滤液2主要成分是ZnSO4，由于ZnSO4的溶解度受温度的影响变化较大，所以从该溶液中得到硫酸锌晶体的操作a为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；

(5)ZnSO4·7H2O与EDTA按物质的量之比1：1反应，根据表中数据，ZnSO4·7H2O产品的纯度为： ×100%=71%；

(6)在工业上采用惰性电极作阳极电解ZnSO4溶液可实现湿法炼锌，阴极上Zn2+得到电子发生还原反应变为Zn单质，电极反应式为：Zn2++2e-=Zn，阳极上水电离产生的OH-失去电子发生氧化反应产生O2，电极反应式为：2H2O=O2↑+4H+，故电解过程中的离子方程式：2Zn2++2H2O2Zn+4H+。