Question

工業上用含鋅物料(含FeO、CuO等雜質)可制得活性ZnO，流程如下：

(1)上述流程中，浸出用的是60%H₂SO₄(1.5 g·cm^－3)，配制這種H₂SO₄ 100 mL需要18.4 mol·L^－1的濃H₂SO₄________ mL(保留一位小數)。
(2)加入氧化劑H₂O₂后，有Fe(OH)₃沉淀出現，沒有Cu(OH)₂沉淀出現，若溶液中c(Fe^3＋)＝2.6×10^－18 mol·L^－1，則溶液中c(Cu^2＋)的取值范圍是________mol·L^－1。(已知K_sp[Fe(OH)₃]＝2.6×10^－39，
K_sp[Cu(OH)₂]＝2.2×10^－20)
(3)加入NH₄HCO₃后生成的沉淀是形態均為Zn_a(OH)_b(CO₃)_c(a、b、c為正整數)的兩種堿式碳酸鋅A和B的混合物，A中a＝5、b＝6，則生成堿式碳酸鋅A的化學方程式為__________________________________________________。
(4)取洗滌、烘干后的堿式碳酸鋅A和B的混合物49.70 g，其物質的量為0.10 mol，高溫焙燒完全分解得到37.26 g ZnO、3.584 L CO₂(標準狀況下)和水，通過計算求出堿式碳酸鋅B的化學式。

Answer 1

(1)49.9(50.0也給分)   (2)≤2.2×10^－6
(3)5ZnSO₄＋10NH₄HCO₃=Zn₅(OH)₆(CO₃)₂↓＋5(NH₄)₂SO₄＋8CO₂↑＋2H₂O
(4)由題意0.1 mol混合物完全分解得到ZnO、CO₂、H₂O的物質的量分別為0.46 mol、0.16 mol、0.3 mol
可知1 mol混合物中平均含4.6 mol Zn、1.6 mol C、6 mol H，又知1 mol A中含H為6 mol、含C為2 mol，則1 mol B中含H為6 mol、含C為1 mol；所以B的化學式可以表示為Zn_x(OH)₆CO₃，由化合價代數和為零得出x＝4，即B的化學式為Zn₄(OH)₆CO₃(其他合理解法均可)

(1)V＝100 mL×1.5 g·mL^－1×60%÷98 g·mol^－1÷18.4 mol·L^－1×1 000 mL·L^－1≈49.9 mL。
根據溶液中有Fe(OH)₃沉淀出現，有c³(OH^－)×c(Fe^3＋)＝K_sp[Fe(OH)₃]，將K_sp[Fe(OH)₃]＝2.6×10^－39，c(Fe^3＋)＝2.6×10^－18 mol·L^－1代入上式得，c(OH^－)＝1×10^－7 mol·L^－1；再根據溶液中沒有Cu(OH)₂沉淀出現，有c²(OH^－)×
c(Cu^2＋)≤K_sp[Cu(OH)₂]，將K_sp[Cu(OH)₂]＝2.2×10^－20，c(OH^－)＝1×10^－7
mol·L^－1代入上式得，c(Cu^2＋)≤2.2×10^－6 mol·L^－1。
(3)由于A中a＝5、b＝6,2a＝b＋2c(電荷守恒)，解得c＝2，由此確定A的化學式為Zn₅(OH)₆(CO₃)₂；再從流程圖中知，加入NH₄HCO₃所發生的反應中反應物還有ZnSO₄，生成物有Zn₅(OH)₆(CO₃)₂、CO₂、H₂O，還有(NH₄)₂SO₄，最后根據觀察法將反應化學方程式配平。