Question

【題目】[化學～選修2：化學與技術]

高爐煉鐵的煙塵中主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素。從煙塵中提取硫酸鋅，可以變廢為寶，減少其對環境的危害。下圖是用高爐煙塵制取硫酸鋅的工業流程。

已知：①20℃時，0．1 mol．L-1的金屬離子沉淀時的pH

②過二硫酸銨是一種強氧化劑。

回答下列問題：

（1）為提高煙塵中金屬離子的浸出率，除了適度增加硫酸濃度外，還可以采取什么措施？

（舉出1種） 。

（2）上述流程測得溶液pH=5．0，此處可以選擇的測量儀器是 。

（3）加入MnO2的目的是 。

（4）寫出過二硫酸銨把硫酸錳(MnSO4)氧化的化學方程式 。

（5）寫出還原過程發生的主要反應的離子方程式 。

（6）操作甲中為使鋅離子完全沉淀，添加的最佳試劑是 。

A鋅粉 B氨水 C( NH4)2CO3 D NaOH

（7）若pH=5．0時，溶液中的Cu2+尚未開始沉淀，求溶液中允許的Cu2+濃度的最大值

Answer 1

【答案】（1）加熱，攪拌等

（2）pH計（或者酸度計，寫pH試紙也給分）

（3）將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】

試題分析：分析題給化學工藝流程知煙塵（主要含有鋅、鐵、銅等金屬元素）加入稀硫酸酸浸，過濾，濾液中含有Zn2＋、Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋等金屬陽離子，加入MnO2，將Fe2＋氧化為Fe3＋，加入氨水調節pH=5.0，Fe3＋轉化為Fe(OH)3沉淀而除去；向濾液中加入過二硫酸銨將Mn2＋轉化為二氧化錳沉淀而除去，向濾液中加入金屬鋅，將Cu2＋還原為銅單質，過濾，濾渣為銅，濾液為硫酸鋅和硫酸銨的混合液，經操作甲使鋅離子完全沉淀，經后續操作生成硫酸鋅，據此作答。

（1）從影響化學反應速率的外界條件分析。為提高煙塵中金屬離子的浸出率，除了適度增加硫酸濃度外，還可以加熱，攪拌等。

（2）測得溶液pH=5．0，此處可以選擇的測量儀器是pH計。

（3）加入MnO2的目的是將Fe2+氧化成Fe3+。

（4）根據題給流程和信息知過二硫酸銨具有強氧化性，將硫酸錳(MnSO4)氧化為二氧化錳，本身被還原為硫酸銨，利用化合價升降法配平，化學方程式為MnSO4+(NH4)2S2O8 +2H2O= MnO2 +(NH4)2SO4 +2H2SO4。

（5）還原過程為向濾液中加入金屬鋅，將Cu2＋還原為銅單質，發生的主要反應的離子方程式為Zn+Cu2+= Zn2++Cu。

（6）操作甲中為使鋅離子完全沉淀，加入鋅粉不能使鋅離子沉淀，加入氨水和氫氧化鈉難以控制用量，故添加的最佳試劑是( NH4)2CO3，選C。

（7）根據題給數據知 20℃時，0．1 mol·L-1的Cu2＋開始沉淀時的pH=4.7，則c(H＋)=10-4.7mol/L，c(OH－)=10-9.3mol/L，則Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2＋)c2(OH)=10-19.6。若pH=5．0時，c(H＋)=10-5mol/L，c(OH－)=10-9mol/L，則c(Cu2＋)= Ksp[Cu(OH)2]/c2(OH)=10-1.6mol/L。