Question

【題目】由于金屬鋅本身的價值不高，在我國工業鋅廢料的回收利用率比較低。某課題組研究利用含少量銅、鐵的粗鋅制備硫酸鋅及相關物質的資源綜合利用，其工藝流程圖（圖中加入的物質均為足量）及有關數據如下：

物質	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Zn(OH)2	CuS	ZnS
Ksp	4.0×10—38	5.0×10—20	2.0×10—16	8.5×10—45	1.2×10—23

請回答下列問題：

（1）固體A的主要成分是_______________；加入固體B的主要作用是____________。

（2）粗鋅中的銅與稀混酸溶液反應的離子方程式為_____________________________。

（3）若溶液II中c(Cu2+)為0.05mol·L—1，則溶液II的pH≤_________。

（4）若B是Zn，取8.320gC完全溶解于500mL 1mol·L—1稀硝酸中，共收集到2240mL氣體，再向所得溶液中加入NaOH溶液至剛好生成沉淀最多，此時所得沉淀質量（m）的取值范圍是___________；若B是另一種物質，取部分C于試管中，加入鹽酸后產生了有臭雞蛋味氣體，則該反應的離子方程式為________________________。

（5）溶液III還可以與(NH4)2S溶液反應制備ZnS，實際生產中選用(NH4)2S溶液而不是Na2S溶液作為反應物，是因為后者制得的ZnS中會含有較多的___________雜質。

Answer 1

【答案】Fe(OH)3或氫氧化鐵 將Cu2+（或銅）從溶液Ⅱ中分離出來 3Cu＋8H+＋2NO3—＝3Cu2+＋2NO↑＋4H2O 5 12.67g＜m＜12.74g ZnS＋2H+＝Zn2+＋H2S↑ Zn(OH)2.

【解析】

分析題給化學工藝流程知粗鋅（含少量銅、鐵）加入足量HNO3和H2SO4混酸得溶液Ⅰ，其中含有Zn2＋、Fe3＋和Cu2＋等金屬陽離子，加入適量氫氧化鋅調節pH使Fe3＋轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾，固體A為氫氧化鐵，向濾液Ⅱ中加足量固體B，將Cu2＋轉化為沉淀，過濾，固體C為含銅元素的沉淀和過量的固體B，溶液Ⅲ為硫酸鋅溶液，經一系列操作的硫酸鋅晶體，據此作答。

（1）固體A的主要成分是Fe(OH)3或氫氧化鐵；加入固體B的主要作用是將Cu2+（或銅）從溶液Ⅱ中分離出來。

（2）粗鋅中的銅與稀混酸溶液反應的離子方程式為3Cu＋8H+＋2NO3—＝3Cu2+＋2NO↑＋4H2O。

（3）若溶液II中c(Cu2+)為0.05mol·L—1，為保證Cu2＋不生成氫氧化銅沉淀，溶液中c2(OH－)≤Ksp[ Cu(OH)2]/ c(Cu2+)=1×10-18（mol/L）2，c(OH－)≤1×10-9mol/L，c(H＋)≥1×10-5mol/L，則溶液II的pH≤5。

（4）若B是Zn，則C為銅和鋅的混合物。取8.320gC完全溶解于500mL 1mol·L—1稀硝酸中，發生反應：3M+8HNO3(稀)==3M(NO3)2+2NO↑+4H2O，分析反應過程知金屬銅和鋅失電子的物質的量與結合的氫氧根的物質的量相等，假設8.320g固體C完全是銅，n(Zn)=0.128mol，轉移電子的物質的量為0.256mol，結合氫氧根的物質的量為0.256mol，質量為4.352g，即沉淀的質量為12.672g；，假設8.320g固體C完全是鋅，n(Cu)=0.13mol，轉移電子的物質的量為0.26mol，結合氫氧根的物質的量為0.26mol，質量為4.42g，即沉淀的質量為12.74g；即所得沉淀質量（m）的取值范圍是12.67g＜m＜12.74g；根據題意知固體C加入鹽酸后產生了有臭雞蛋味氣體，則固體B為ZnS，固體C為CuS和ZnS，該反應的離子方程式為ZnS＋2H+==Zn2+＋H2S↑。

（5）Na2S溶液的存在S2—的水解，(NH4)2S溶液存在NH4+和S2—的水解，Na2S溶液堿性較強，者制得的ZnS中會含有較多的Zn(OH)2雜質。