Question

鋅鋇白是一種白色顏料。工業上是由ZnSO₄與BaS溶液混合而成：BaS+ZnSO₄=ZnS↓+BaSO₄↓。請根據以下工業生產流程回答有關問題。
I．ZnSO₄溶液的制備與提純：
有關資料：a．菱鋅礦的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃等；b．Zn(OH)₂與Al(OH)₃相似，能溶于過量的NaOH溶液生成Na₂ZnO₂；
 
（1）濾渣1的化學式為        ；②中使用的氧化劑最好是下列的     （填序號）。

A．Cl2

B．H2O2

C．KMnO4

D．濃HNO3

（2）濾渣2中主要成分的化學式為                   ；為了達到綜合利用、節能減排的目的，上述流程步驟④中的CO₂可以來自于步驟       （選填①、②、③、⑤）。
（3）步驟④發生的離子反應方程式為                                      。
II．BaS溶液的制備

有關數據：Ba（s）＋S（s）＋2O₂（g）＝BaSO₄（s） △H₁ = －1473.2 kJ?mol^－1
C（s）＋ 1/2O₂（g）＝CO（g）         △H₂ = －110.5 kJ?mol^－1
Ba（s）＋ S（s）＝BaS（s）           △H₃ = －460 kJ?mol^－1
（4）若煅燒還原的產物僅為BaS和CO，則其反應的熱化學方程式為：
                                                          。
Ⅲ.制取鋅鋇白
（5）如果Ⅰ中步驟⑤使用硫酸過量，產生的后果是                           。

Answer 1

（共16分）
（1）（4分）SiO₂（2分）   B（2分）
（2）（3分）Fe(OH)₃、Cu(OH)₂（2分）     ①（1分）
（3）（4分）OH^－+CO₂= HCO₃^－（2分）、ZnO₂^2－+ 2CO₂ + 2H₂O = Zn(OH)₂↓ + 2HCO₃^－（2分）
（4）（3分）BaSO₄(s) + 4C(s) =" BaS(s)" + 4CO(g) △H =" +571.2" kJ?mol^－1
（5）（2分）過量的酸與BaS溶液混合會產生有毒的H₂S氣體污染空氣（1分），而且鋅鋇白的產率會降低（1分）

試題分析：（1）ZnCO₃、FeCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃都能溶于足量5mol/LH₂SO₄溶液，符合復分解反應發生的條件，生成ZnSO₄、FeSO₄、CuSO₄、CO₂氣體、H₂O，而SiO₂則不溶于硫酸，則步驟①酸浸之后所得濾渣1的化學式為SiO₂，濾液1的主要成分是ZnSO₄、FeSO₄、CuSO₄、H₂O；步驟②中用Cl₂能氧化Fe²⁺，但會引入新的雜質（Clˉ、Cl₂），且過量的氯氣有毒，故A錯誤；H₂O₂能氧化Fe²⁺，還原產物是H₂O，不會引入新雜質，且過量H₂O₂受熱易分解為水和氧氣，故B正確；KMnO₄能氧化Fe²⁺，但是會引入新的雜質（K⁺、Mn²⁺、KMnO₄），故C錯誤；濃HNO₃能氧化Fe²⁺，還原產物是有毒的NO₂，且能引入新的雜質（NO₃ˉ、HNO₃），故D錯誤；（2）步驟②氧化后所得溶液的主要成分是ZnSO₄、Fe₂(SO₄)₃、CuSO₄，都能與過量NaOH溶液反應，根據題意可知濾液2的主要成分是Na₂ZnO₂、NaOH，濾渣2的主要成分是Fe(OH)₃、Cu(OH)₂；步驟④中的CO₂氣體來自步驟①酸浸反應放出的氣體，可以節能減排；（3）偏鋁酸鈉溶液通入過量CO₂氣體可以制氫氧化鋁沉淀，由此推斷步驟④發生的反應為Na₂ZnO₂、NaOH溶液分別與CO₂氣體的反應，NaOH+CO₂=NaHCO₃，Na₂ZnO₂+2H₂O+2CO₂=Zn(OH)₂↓+2NaHCO₃，則濾渣3為Zn(OH)₂，濾液3的主要成分為NaHCO₃；（4）根據蓋斯定律，由②×4+③－①可以約去Ba(s)、S(s)、2O₂(g)，得到的熱化學方程式為：BaSO₄(s) + 4C(s) =" BaS(s)" + 4CO(g) △H =" +571.2" kJ?mol^－1；（5）若步驟⑤為Zn(OH)₂與過量硫酸的中和反應，所得溶液的主要成分為ZnSO₄、H₂SO₄，ZnSO₄、H₂SO₄溶液與BaS(s)混合時不僅可以制取鋅鋇白，而且過量的H₂SO₄與易與BaS(s)發生復分解反應，生成有毒的H₂S氣體，既導致空氣污染，又減少鋅鋇白的產量。