Question

ZnO是电镀、涂料、有机合成等化学工业的重要原料。某课题组设计由含锌工业废料（含Fe、Cu、Mn等杂质）生产ZnO的工艺流程如下：

已知：黄钠铁矾在pH为1.5，温度为90℃时完全沉淀，且易于过滤。

2Cu +O₂ +2H₂SO₄  =  2CuSO₄+2H₂O

（1）步骤①的浸取液里除含有Zn²⁺、Mn²⁺外，还含有的金属离子有         、         ，所加试剂X为Na₂SO₄和             的混合液。

（2）步骤②可进一步氧化除去铁，还氧化除去了Mn²⁺，除去Mn²⁺的离子方程式为             ；步骤③所加试剂是            ，整个工艺流程中可以循环使用的物质是          。

（3）步骤⑤中检验沉淀是否洗涤干净的操作方法是                 。

（4）步骤④碳化实际得到的是一种碱式碳酸锌[ZnCO₃·xZn(OH)₂·yH₂O]，取该样品7.18g，充分灼烧后，测得残留固体质量为4.86g，将所得气体通入足量澄清石灰水中，得到2.00g沉淀，则此碱式碳酸锌的化学式是             。

Answer

（1）Fe3+ Cu2+ H2SO4（2）Mn2++H2O2+H2O＝MnO(OH)2↓+2H+ Zn Na2SO4（3）取最后一次洗涤的滤液1～2mL于试管，滴入BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀洗涤干净（或其它合理答案）（4）ZnCO3·2Zn(OH)2·2H2O或Zn3(OH)4CO3·2H2O

【解析】

试题分析：根据流程分析，试剂X中含有硫酸，Fe与硫酸反应生成硫酸亚铁，被氧气氧化为铁离子，铁离子与硫酸钠反应生成黄钠铁矾，过量除去；Cu与硫酸、氧气反应生成硫酸铜，Mn与硫酸反应生成硫酸锰，加入过氧化氢氧化后，调节溶液的pH，使Mn元素转化为MnO(OH)2，剩余铁离子还可转化为氢氧化铁沉淀；再加入过量Zn粉，可与铜离子发生置换反应生成单质Cu，从而除去铜离子，最后加入碳酸钠后得到碳酸锌沉淀，灼烧后得到ZnO。

（1）根据以上分析，步骤①的浸取液里除含有Zn2+、Mn2+以外，还含有的金属离子有Fe3+、Cu2+；所加试剂X为Na2SO4和H2SO4的混合液；

（2）锰离子与过氧化氢反应生成MnO(OH)2测定和氢离子，离子方程式Mn2++H2O2+H2O＝MnO(OH)2↓+2H+；步骤③加入的试剂是Zn单质，与铜离子发生置换反应；硫酸锌溶液中加入碳酸钠后生成碳酸锌和硫酸钠，而流程开始时加入了硫酸钠，所以整个工艺流程中可以循环使用的试剂是Na2SO4；

（3）生成的碳酸锌沉淀中可能含有硫酸根离子，所以检验沉淀是否洗涤干净，可取最后一次洗涤滤液1～2mL于试管中，向其中滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净；

（4）根据题意，最终得到的ZnO的物质的量是4.86g÷81g/mol＝0.06mol，2.00g沉淀为碳酸钙，所以生成二氧化碳的物质的量是2.00g÷100g/mol＝0.02mol，ZnCO3·xZn(OH)2·yH2O（x+1）ZnO+CO2↑+(x+y)H2O，则生成水的物质的量是（7.18g-4.86g-0.02mol×44g/mol）÷18g/mol＝0.08mol，所以ZnO、CO2、H2O的物质的量比是0.06:0.02:0.08＝3:1:4＝（x+1）:1：（x+y），解得x＝2，y＝2，则此碱式碳酸锌的化学式是ZnCO3·2Zn(OH)2·2H2O或Zn3(OH)4CO3·2H2O。

【考点定位】本题主要是考查工艺流程的分析，物质化学式的计算

【名师点晴】无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力,所以这类题成为近年来高考的必考题型。流程题的解题思路为：明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。解决本类题目的基本方法和步骤为：（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。（2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。