Question

纳米微晶(碱式碳酸锌)属于高端精细化工产品,晶粒粒度在,不溶于水和醇。某高校实验室用工业级硫酸锌(主要成分为,含少量)制备纳米微晶碱式碳酸锌样品的流程如图所示:

已知:a.的分别是37.4、15.4、16.2。

b.残留在溶液中的离子浓度小于时可认为沉淀完全。

c.滤渣Ⅲ所含主要金属元素是。

(1)“除杂Ⅰ”的目的是除去溶液中的铁元素,则的作用是________________;若溶液中,此过程中还应调节溶液的在____范围(不考虑离子间的相互影响)。

(2)“除杂Ⅱ”与“除杂Ⅲ”均为还原除杂。

①滤渣Ⅱ的主要金属元素是_________________________

②“除杂Ⅲ”中加入的在溶液中主要以形式存在。请写出锌与反应生成“金属间化合物”(中各元素化合价视为0价)的离子方程式:___________________________

(3)“沉锌”后得到的固体先用去离子水洗涤,再用乙醇洗涤。用乙醇洗涤的目的是_______________________

(4)加入的主要目的是降低样品晶粒粒度,但主元素的质量分数必须在56%以上。若镁、锌的质量比值过高,还可能会生成_________(填化学式),从而对样品造成影响。

(5)样品中锌的含量可用(可表示为)滴定测定,反应的离子方程式为。取纳米微晶碱式碳酸锌样品,酸溶后得到pH为5~6的溶液,以二甲酚橙作指示剂,用标准溶液滴定,消耗溶液,则样品中锌的质量分数是_______(用代数式表示)。

Answer

将氧化成,以便形成氢氧化铁沉淀而除去 3.2≤pH＜5.9 Cu、Cd 去除固体表面的水,便于干燥 [或]

【解析】

根据工艺流程分析可知，工业级硫酸锌加水、硫酸溶解酸化后加入H2O2，将Fe2+氧化为Fe3+，控制pH将其沉淀为Fe(OH)3，过滤除去，除杂Ⅱ向滤液中加入锌粉，除去Cu2+和Cd2+，除杂Ⅲ再加入锌粉和少量Sb2O3，形成锑锌原电池，除去Co2+、Ni2+，过滤，再向滤液中加入NH4HCO3溶液和MgSO4·7H2O沉锌，洗涤干燥沉淀可得到产品，据此分析解答。

(1) “除杂Ⅰ”的目的是除去溶液中的铁元素，加入适量的H2O2溶液，可将Fe2+氧化为Fe3+，以便形成氢氧化铁沉淀而除去，已知的分别是37.4、15.4、16.2，则Ksp[Fe(OH)3]=10-37.4,Ksp[Zn(OH)2]=10-16.2，若溶液中c(Zn2+)=1.0mol/L，Zn(OH)2开始沉淀时，Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)×c2(OH-)，则，c(H+)=10-5.9mol/L，此时溶液的pH=5.9，要使Zn2+不沉淀，则pH＜5.9，残留在溶液中的离子浓度小于时可认为沉淀完全，则Fe3+完全沉淀时，c(Fe3+)=1.0×10-5mol/L，Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)，则，c(H+)=10-3.2mol/L，此时溶液的pH=3.2，要使Fe3+完全沉淀，则pH≥3.2，故答案为：将氧化成,以便形成氢氧化铁沉淀而除去；3.2≤pH＜5.9；

(2)①除杂Ⅱ向滤液中加入锌粉还原除去Cu2+和Cd2+，滤渣Ⅱ的主要成分是Cu、Cd，故答案为：Cu、Cd；

②Zn与Co2+、HSbO2生成“金属间化合物”CoSb(CoSb中各元素的化合价视为0价)，Co元素的化合价由+2价降低至0价，Sb元素的化合价由+3价降低至0价，则生成CoSb化合价降低5价，而Zn元素的化合价由0价升高至+2价，根据得失电子守恒配平该反应的离子方程式为，故答案为：；

(3)碱式碳酸锌不溶于乙醇，且乙醇与水互溶，用乙醇洗涤可去除固体表面的水，便于干燥，故答案为：去除固体表面的水，便于干燥；

(4)若镁、锌的质量比值过高，Mg2+浓度较大，可能会生成[或]，故答案为：[或]；

(5)根据可知，Zn2+~EDTA(H2Y2-)，则n(Zn2+)=n(EDTA)，则样品中锌的质量分数是，故答案为：。