Question

（16分）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⁺以外，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可进一步氧化除铁，还氧化除去了Mn²⁺，试写出相应的除去Mn²⁺的离子方程式_________________________，步骤③加入的试剂是_______，整个工艺流程中可以循环使用的试剂是_____________。

（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7.18 g，充分灼烧后测得残留物质量为4.86 g，将所得气体通入足量澄清石灰水中，得到2.00 g沉淀，则此碱式碳酸锌的化学式是________________。

Answer

（16分）

（1）Fe3+、Cu2+（2分）, H2SO4（2分）

（2）Mn2++H2O2+H2O==MnO(OH)2↓+2H+（3分）, Zn（2分），Na2SO4（2分）

（3）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（答案合理即可）（2分）

（4）ZnCO3·2Zn(OH)2·2H2O或Zn3(OH)4CO3·2H2O（3分）

【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↓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：考查工艺流程的分析，物质化学式的计算