Question

[化学～选修2：化学与技术]

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，0．1 mol．L^-1的金属离子沉淀时的pH

②过二硫酸铵是一种强氧化剂。

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）加热，搅拌等

（2）pH计（或者酸度计，写pH试纸也给分）

（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：分析题给化学工艺流程知烟尘（主要含有锌、铁、铜等金属元素）加入稀硫酸酸浸，过滤，滤液中含有Zn2＋、Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋等金属阳离子，加入MnO2，将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氨水调节pH=5.0，Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去；向滤液中加入过二硫酸铵将Mn2＋转化为二氧化锰沉淀而除去，向滤液中加入金属锌，将Cu2＋还原为铜单质，过滤，滤渣为铜，滤液为硫酸锌和硫酸铵的混合液，经操作甲使锌离子完全沉淀，经后续操作生成硫酸锌，据此作答。

（1）从影响化学反应速率的外界条件分析。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，还可以加热，搅拌等。

（2）测得溶液pH=5．0，此处可以选择的测量仪器是pH计。

（3）加入MnO2的目的是将Fe2+氧化成Fe3+。

（4）根据题给流程和信息知过二硫酸铵具有强氧化性，将硫酸锰(MnSO4)氧化为二氧化锰，本身被还原为硫酸铵，利用化合价升降法配平，化学方程式为MnSO4+(NH4)2S2O8 +2H2O= MnO2 +(NH4)2SO4 +2H2SO4。

（5）还原过程为向滤液中加入金属锌，将Cu2＋还原为铜单质，发生的主要反应的离子方程式为Zn+Cu2+= Zn2++Cu。

（6）操作甲中为使锌离子完全沉淀，加入锌粉不能使锌离子沉淀，加入氨水和氢氧化钠难以控制用量，故添加的最佳试剂是( NH4)2CO3，选C。

（7）根据题给数据知 20℃时，0．1 mol·L-1的Cu2＋开始沉淀时的pH=4.7，则c(H＋)=10-4.7mol/L，c(OH－)=10-9.3mol/L，则Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2＋)c2(OH)=10-19.6。若pH=5．0时，c(H＋)=10-5mol/L，c(OH－)=10-9mol/L，则c(Cu2＋)= Ksp[Cu(OH)2]/c2(OH)=10-1.6mol/L。

考点：考查化学与技术，化学工艺流程分析，涉及影响化学反应速率的因素，化学方程式的书写和沉淀溶解平衡计算。