Question

（14分）某科研小組設計出利用工業廢酸（10%H₂SO₄）來堆浸某廢棄的氧化銅鋅礦制取活性ZnO的方案，實現廢物綜合利用，方案如下圖所示。

已知：298K時各離子開始沉淀及完全沉淀時的pH如下表所示。

離子	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
Fe2＋	6．34	9．7
Fe3＋	1．48	3．2
Zn2＋	6．2	8．0

請回答下列問題：
（1）氧化銅鋅礦中含有少量的CuS和ZnS，在H₂SO₄的作用下ZnS可以溶解而CuS不溶，這是由于相同溫度下：K_sp（CuS）        K_sp（ZnS）（選填“＞”“＜”或“＝”）。
（2）你認為在除鐵過程中選用下列物質中的    （填序號）作為試劑甲是比較合適的。
A．KMnO₄          B．HNO₃          C．H₂O₂              D．Cl₂
（3）除鐵過程中加入氨水的目的是調節溶液的pH，pH應控制在        范圍之間。
（4）請寫出加甲物質后，加入氨水控制調節溶液的pH下生成Fe（OH）₃反應的離子方程式                                                  。
（5）298K時，殘留在乙溶液中的c（Fe^3＋）在 __          mol/L以下。
[Fe（OH）₃的= 2．70×10^-39]
（6）乙的溶液可直接用作氮肥，則乙的化學式是          。
（7）請寫出“沉淀Zn²⁺”步驟中發生反應的化學方程式                        。

Answer 1

（1）＜       （2）C   （3）3．2~6．2
（4）Fe³⁺+3NH₃·H₂O ="==" Fe（OH）₃↓+3 NH₄⁺
（5）2．7×10^-20.4
（6）（NH₄）₂SO₄
（7）2ZnSO₄ +NH₄HCO₃ +3 NH₃·H₂O="=" Zn₂（OH）₂CO₃ ↓+2（NH₄）₂ SO₄ + H₂O

（1）ZnS和CuS均存在溶解平衡:ZnS（s）ZnS（aq）=Zn^2＋＋S^2－  CuS（s）CuS（aq）=Cu^2＋＋S^2－，當c(H⁺)增大的情況下，c(S^2－)減小的情況下，前者平衡正向移動，即離子積c(Zn^2＋)×c(S^2－)小于Ksp（ZnS），并且離子積c(Cu^2＋)×c(S^2－)大于Ksp（CuS），則Ksp（ZnS）較大
（2）從表格數據可知，在較低pH下Fe^3＋已經全部沉淀完全，但Fe^2＋與Zn^2＋沉淀的pH范圍重合，故需要先用氧化劑將Fe^2＋氧化，再沉淀除去，為不引入雜質同時不能與加入的氨水反應，H₂O₂最合適：2Fe^2＋＋H₂O₂＋2H^＋=2Fe^3＋＋2H₂O
（3）由所給數據可知，為保證Fe^3＋沉淀完全，但Zn^2＋不能沉淀，可將pH控制在3．2~6．2之間
（4）Fe³⁺+3NH₃·H₂O ="==" Fe（OH）₃↓+3 NH₄⁺
（5）乙溶液中pH最小為6.2，c(OH^—)最小為10^—6.2mol/L，c（Fe^3＋）最大為=2．7×10^-20.4mol/L
（6）（NH₄）₂ SO₄
（7）由流程中參加反應的物質及生成物可知發生的反應為：2ZnSO₄ +NH₄HCO₃ +3 NH₃·H₂O="=" Zn₂（OH）₂CO₃ ↓+2（NH₄）₂ SO₄ + H₂O