Question

（12分）納米ZnS具有獨特的光電效應，在電學、磁學、光學等領域應用廣泛。以工業廢渣鋅灰（主要成分為Zn、ZnO，還含有Fe₂O₃、FeO、CuO等雜質）為原料制備納米ZnS的工業流程如下：

請回答下列問題。
（1）酸浸時FeO與稀HNO₃反應的離子方程式                                  。
（2）將酸浸的尾氣循環利用，加入的X氣體可以是     。
（3）流程中加入ZnO調pH的目的是                                   。
（4）濾渣2中的成分是        。
（5）已知ZnS的溶度積K_sp＝1.6×10^－24，溶液中Zn²⁺濃度為0.01mol·L^-1，則溶液中S^2—濃度大于     mol·L^一1，才生成ZnS沉淀。
（6）試設計簡單實驗方案，判斷所得ZnS樣品顆粒是否為納米級                 。

Answer 1

（1）3FeO+10H⁺+NO₃^—=3Fe³⁺+NO+5H₂O   （2分）
（2）空氣（或O₂）                      （2分）
（3）除去溶液中的Fe³⁺                   （2分）
（4）Cu、Zn                            （2分）
（5）1.6×10^—22                         （2分）
(6)取少量樣品和水混合形成分散系，讓一束光照射，若出現一條光亮的通路，則是納米級，否則不是。                    （2分）

試題分析：（1）HNO₃把FeO氧化為Fe³⁺，HNO₃被還原為NO，配平可得離子方程式：3FeO+10H⁺+NO₃^—=3Fe³⁺+NO+5H₂O
（2）NO與O₂、H₂O反應可生成HNO₃，實現尾氣循環利用，所以X氣體為空氣（或O₂）。
（3）加入硝酸后，與Fe₂O₃、FeO反應生成Fe³⁺，流程中加入ZnO調pH可使Fe³⁺轉化為Fe(OH)₃沉淀，所以加入ZnO調pH的目的是除去溶液中的Fe³⁺ 
（4）加入Zn后，Zn與Cu²⁺反應生成Cu，所以濾渣2中的成分是Cu、Zn
（5）c（S²?）= K_sp÷c（Zn²⁺）=1.6×10^－24÷0.01=1.6×10^—22mol?L?¹，所以溶液中S^2—濃度大于1.6×10^—22mol?L?¹，才生成ZnS沉淀。
（6）納米級顆粒與水混合可形成膠體，具有丁達爾效應，所以實驗方案為：取少量樣品和水混合形成分散系，讓一束光照射，若出現一條光亮的通路，則是納米級，否則不是。_sp的計算。