Question

锌钡白是一种白色颜料，工业上由ZnSO₄与BaS溶液混合而成，BaS+ZnSO₄=ZnS↓+BaSO₄↓。请根据以下工业生产流程回答有关问题。

Ⅰ．ZnSO4溶液的制备与提纯：

有关资料：

a．菱锌矿的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃等；

b．Zn(OH)₂与Al(OH)₃相似，能溶于过量的NaOH溶液生成Na₂ZnO₂；

（1）为了达到综合利用、节能减排的目的，上述流程步骤④中的CO₂可以来自于步骤____（选填①、②、③或⑤）。

（2）若步骤缺少②中加入的氧化剂为H₂O₂，写出反应的离子方程式_____________。

（3）滤渣2中主要成分为____________________（填化学式）。

（4）写出步骤④后产生滤渣3的反应的离子方程式________________。

（5）滤液3中含碳粒子的浓度大小顺序为_____________。

Ⅱ．BaS溶液的制备

（6）写出“煅烧还原”反应的化学方程式_____________。BaSO₄和BaCO₃的Ksp数值接近，用平衡原理解释为什么BaCO₃可溶于盐酸，而BaSO₄难溶:______________。

Ⅲ.制取锌钡白

(7)如果上述工业生产流程中步骤⑤硫酸过量，则ZnSO₄与BaS溶液混合制取锌银白产生的后果是_________。

Answer

2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O Fe(OH)3 Cu(OH)2 ZnO22-+ 2CO2 + 2H2O = Zn(OH)2↓ + 2HCO3- HCO3->H2CO3>CO32- BaSO4(s) + 4C(s) BaS(s) + 4CO↑ BaCO3溶解生成的CO32-能被H+结合而减少，促使溶解平衡正向移动，而SO42-不会被H+结合，所以BaSO4不会溶于强酸中 过量的硫酸与BaS溶液混合会产生有毒的H2S污染空气，而且会降低锌钡白的产率

【解析】I．菱锌矿的主要成分是ZnCO3，含少量SiO2、FeCO3、Cu2(OH)2CO3等，加硫酸，只有SiO2不反应，经过过滤进行分离，则滤渣1为SiO2，滤液1含有硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸锌、剩余的硫酸，②加氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子，再加过量的NaOH，Zn2+转化ZnO22-，使Cu2+、Fe3+转化为沉淀，通过过滤从溶液中除去，则滤渣2为Fe(OH)3、Cu(OH)2，滤液2中含有Na2ZnO2及过量的NaOH，④通二氧化碳将ZnO22-转化为沉淀，则滤渣3为Zn(OH)2，步骤⑤主要发生氢氧化锌与硫酸的反应，滤液3含有碳酸氢钠。

(1)步骤①中FeCO3与硫酸反应生成二氧化碳，为了达到综合利用、节能减排的目的，上述流程步骤④中的CO2可以来自于步骤①，故答案为：①；

(2)若步骤②中加入的氧化剂为H2O2，双氧水将亚铁离子氧化，反应的离子方程式为2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O，故答案为：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O；

(3)根据上述分析，滤渣2中主要成分为Fe(OH)3、Cu(OH)2，故答案为：Fe(OH)3、Cu(OH)2；

(4)步骤④中通二氧化碳将ZnO22-转化为沉淀，反应的离子方程式为ZnO22-+ 2CO2 + 2H2O = Zn(OH)2↓ + 2HCO3-，故答案为：ZnO22-+ 2CO2 + 2H2O = Zn(OH)2↓ + 2HCO3-；

(5)滤液3是碳酸氢钠溶液，电离程度小于水解程度，溶液显碱性，其中含碳粒子的浓度大小顺序为HCO3->H2CO3>CO32-，故答案为：HCO3->H2CO3>CO32-；

(6)煅烧发生反应：BaSO4+4CBaS+4CO↑，BaCO3溶解生成的CO32-能被H+结合而减少，促使溶解平衡正向移动，而SO42-不会被H+结合，所以BaSO4不会溶于强酸中，故答案为：BaSO4(s) + 4C(s) BaS(s) + 4CO↑ (7). BaCO3溶解生成的CO32-能被H+结合而减少，促使溶解平衡正向移动，而SO42-不会被H+结合，所以BaSO4不会溶于强酸中；

(7)步骤⑤中硫酸过量，过量的酸与BaS溶液混合会发生反应，产生有毒的H2S污染空气，而且会降低锌钡白的产率，故答案为：过量的酸与BaS溶液混合会产生有毒的H2S污染空气，而且会降低锌钡白的产率。