Question

（12分）硫酸鋅被廣泛應用于工農業生產和醫藥領域。工業上由氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO₃、FeCO₃、CuO等）生產ZnSO₄·7H₂O的一種流程如下：

⑴步驟Ⅰ包括酸浸和過濾兩個操作。
①酸浸時，需不斷通入高溫水蒸氣的目的是     。
②過濾時，為防止堵塞，過濾裝置需經常用氫氧化鈉溶液清洗，其清洗原理是
     （用化學方程式表示）。
⑵步驟Ⅱ中，在pH約為5.1的濾液中加入高錳酸鉀，生成Fe(OH)₃和MnO(OH)₂兩種沉淀，該反應的離子方程式為     。
⑶步驟Ⅲ所得濾渣C的主要成分是     。
⑷取28.70 g ZnSO₄·7H₂O加熱至不同溫度，剩余固體的質量變化如圖所示。

①步驟Ⅳ中的烘干操作需在減壓條件下進行，其原因是     。
②680 ℃時所得固體的化學式為     。
a．ZnO     b．Zn₃O(SO₄)₂     c．ZnSO₄     d．ZnSO₄·H₂O

Answer 1

⑴①升高溫度、使反應物充分混合，以加快反應速率
②H₂SiO₃+2NaOH＝Na₂SiO₃+2H₂O
⑵3Fe²⁺+MnO₄^—+8H₂O＝3Fe(OH)₃↓+MnO(OH)₂↓+5H⁺
⑶Cu（Zn）
⑷①降低烘干的溫度，防止ZnSO₄·7H₂O分解  ②b  （每空2分，共12分）

試題分析：⑴①酸浸時，不斷通入高溫水蒸氣可使反應液的溫度升高，使反應物充分混合，以加快反應速率。
②用氫氧化鈉溶液清洗過濾裝置，目的是使反應生成的H₂SiO₃濾渣反應生成Na₂SiO₃溶解除去。
⑵根據題意首先滿足得失電子守恒有3Fe²⁺+MnO₄^—――3Fe(OH)₃↓+MnO(OH)₂↓，滿足電荷守恒有3Fe²⁺+MnO₄^—――3Fe(OH)₃↓+MnO(OH)₂↓+5H⁺（溶液pH約為5.1），最后滿足原子守恒得3Fe²⁺+MnO₄^—+8H₂O＝3Fe(OH)₃↓+MnO(OH)₂↓+5H⁺。
⑶步驟Ⅲ：向含有Cu²⁺、Zn²⁺、SO₄^2-的濾液中加入鋅粉，置換出銅，可能含有過量的鋅粉。
⑷①由于ZnSO₄·7H₂O易分解，烘干時要適當降低溫度。
②28.70 g ZnSO₄·7H₂O的物質的量為0.1mol，若得ZnSO₄·H₂O的質量為17.90g(100℃)；若得ZnSO₄的質量為16.10g(250℃)；若得ZnO的質量為8.10g(930℃)；據此通過排除法確定680 ℃時所得固體的化學式為Zn₃O(SO₄)₂。