Question

活性氧化鋅(ZnO) 是一種面向21世紀的新型高功能精細無機產品。用粗ZnO制備活性ZnO的生產工藝流程做如下圖所示。
I制備活性氧化鋅
一種由粗ZnO（含FeO、CuO）制備活性ZnO的流程如下：

【查閱資料】
1、粗ZnO中常含雜質FeO、CuO       
2、反應3是為了制得堿式碳酸鋅、堿式碳酸鋅經焙燒可制得活性ZnO
3、已知：幾種物質沉淀時的pH如下表：

物質	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Zn（OH）2	Cu（OH）2
開始沉淀時pH	6.34	1.48	6.2	5.2
完全沉淀時pH	9.7	3.2	8.0	6.4
Fe（OH）2是一種絮狀沉淀，不易除去，處理時常將其轉化為Fe（OH）3而除去。

 
【問題討論】
（1）溶解前將氧化鋅粗品粉碎成細顆粒，目的是___________  __________    _ 。
（2）寫出ZnO與加稀硫酸反應的化學方程式                                  。                  
（3）反應1的目的將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，并完全沉淀Fe(OH)₃ ，為了暫不形成Cu（OH）₂、Zn（OH）₂   ，該步驟需控制溶液pH的范圍是                        ，操作A的名稱是                     。
（4）反應2中加入鋅發生的反應屬于             反應（填化學反應的基本類型）。
Ⅱ測定堿式碳酸鋅的化學式
堿式碳酸鋅的化學式是xZnCO₃?yZn（OH）₂?zH₂O，用下列裝置測定堿式碳酸鋅的化學組成。（假設每步反應、吸收均完全）
提示：堿式碳酸鋅xZnCO₃?yZn(OH)₂?zH₂O受熱分解為ZnO、H₂O、CO₂三種產物，其中
ZnCO₃ ZnO+CO₂↑   Zn(OH)₂ ZnO+H₂O
【實驗步驟】

①按圖連接好裝置，并檢查裝置的                   ； 
②在熱分解裝置中裝入68.2g樣品，打開活塞         ，關閉        ，緩緩鼓入空氣數分鐘；
③稱量裝置C、D的質量；
④關閉活塞K₁，K₂，打開K₃，啟動熱分解裝置，使樣品充分熱解；
⑤停止加熱，繼續通空氣至裝置冷卻到室溫； ⑥再次分別稱量裝置C、D的質量．
【記錄數據】該小組同學按上述實驗步驟進行實驗，并記錄了如下數據：

	裝置C的質量（/g）	裝置D的質量（/g）
實驗前	198.4	235.7
實驗后	209.2	244.5

【實驗分析及數據處理】
（1）A處干燥管盛放的藥品是堿石灰（CaO與NaOH的固體混合物），其作用是                                                。
（2）第⑤步繼續通空氣的目的是                                           。
（3）E處堿石灰的作用是                           ，若沒有此裝置，測得二氧化碳的質量            （填“偏大”、“偏小”或“無影響”）。
（4）根據上述數據，計算xZnCO₃?yZn（OH）₂?zH₂O中x：y：z的最簡比=             
該堿式碳酸鋅受熱分解的化學方程式為                                    。

Answer 1

【問題討論】（1）使氧化鋅粗品充分反應 （2）ZnO+H₂SO₄==ZnSO₄+H₂O                  
（3）3.2~5.2  過濾     （4）置換
Ⅱ測定堿式碳酸鋅的化學式 ①氣密性    ②打開活塞K1、K2 ，關閉  K3   
【實驗分析及數據處理】（1）除去鼓入空氣中的二氧化碳和水蒸氣
（2）使反應生成的二氧化碳和水蒸氣被完全吸收
（3）防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入裝置D    偏大
（4）  1：2：1      ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O="3ZnO" + CO₂↑+2H₂O

試題分析：【問題討論】（1） 溶解前將氧化鋅粗品粉碎成細顆粒，目的是：增大反應物的接觸面積，使氧化鋅粗品充分反應
（2） ZnO與稀硫酸反應的化學方程式：ZnO+H₂SO₄==ZnSO₄+H₂O
（3）根據資料3中，幾種物質沉淀的PH，反應1的目的將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，并完全沉淀Fe(OH)₃ ，為了暫不形成Cu（OH）₂、Zn（OH）₂   ，該步驟需控制溶液pH的范圍是3.2~5.2，操作A是將不溶性固體與液體分離開來，故名稱是過濾
（4）反應2是加入鋅將銅置換出來，屬于置換反應
Ⅱ測定堿式碳酸鋅的化學式①按圖連接好裝置，對反應過程中有氣體生產的反應，為了保證氣體不泄露，故要檢查裝置的氣密性，②打開活塞K1、K2，關閉 K3，緩緩鼓入空氣數分鐘
【實驗分析及數據處理】（1）A處干燥管盛放的藥品是堿石灰（CaO與NaOH的固體混合物），其作用是除去鼓入空氣中的二氧化碳和水蒸氣，以免影響產生的二氧化碳和水蒸氣質量
（2）第⑤步繼續通空氣的目的是將殘留在裝置內的二氧化碳和水蒸氣全部排入到質量C、的中，使反應生成的二氧化碳和水蒸氣被完全吸收
（3）E處堿石灰的作用是防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入裝置D，若沒有此裝置，則空氣中的二氧化碳會進入到裝置D中，使測得二氧化碳的質量偏大
（4）裝置C的作用是吸收生成的水，實驗前后質量的質量差=209.2g-198.4g=10.8g,即反應生成水的質量，裝置D的作用是吸收生成的二氧化碳，實驗前后質量的質量差=244.5g-235.7g=8.8g，即反應后生成二氧化碳的質量，自然可以得出熱分解裝置中剩余的物質質量=68.2g-8.8g-10.8g=48.6g，即生成的ZnO質量，根據反應ZnCO₃^△ZnO+CO₂↑中ZnCO₃、ZnO、CO₂微粒個數關系，可得出x=0.2，ZnO的質量=0.2×81=16.2g，則Zn(OH)₂^△ZnO+H₂O這個反應得到的ZnO質量="48.6g-16.2g=32.4" g，根據反應中Zn(OH)₂、ZnO、H₂O微粒個數關系，可得出y=0.4，H₂O的質量=0.4×18=7.2g，故原來水的質量=10.8g-7.2g=3.6g，即微粒個數=0.2，故xZnCO₃?yZn（OH）₂?zH₂O中x：y：z的最簡比=0.2:0.4:0.2=1:2:1，根據上面求算出來的x、y、z的值，堿式碳酸鋅受熱分解的化學方程式為：ZnCO₃?2Zn（OH）₂?H₂O^△3ZnO + CO₂↑+2H₂O