Question

【題目】利用含銅、鐵的粗鋅制備硫酸鋅及相關物質。工藝流程圖及有關數據如下：

物質	Cu(OH)2	Zn(OH)2	Fe(OH)3	ZnS	CuS
Ksp	5.0×10－20	2.0×10－16	4.0×10－38	1.2×10－23	8.5×10－45

請回答下列問題：

（1）粗鋅中的銅與混酸的稀溶液反應的化學方程式為__________________________，圖中處理氣體X要能夠體現綠色化學思想，還需補充氣體______（填化學式）。

（2）若溶液I中c(Cu2＋)為0.05mol·L－1，則溶液II中c(Fe3＋)＞____mol·L－1。

（3）若固體A是Zn，取9.61 g固體C溶解于足量的500mL 2 mol·L－1稀硝酸中，共收集到標準狀況下2.24L的氣體，向所得溶液中加入2 mol·L－1NaOH溶液，則當生成沉淀最多時，沉淀的質量為_____g；若固體A是另一種物質，取部分固體C于試管中，加入鹽酸產生有臭雞蛋味氣體，則該反應的離子方程式為________________________。

（4）溶液Ⅲ經過蒸發濃縮、____________、過濾、洗滌、干燥，即得到較純凈的硫酸鋅晶體；溶液還可以制備ZnS，實際選擇的是（NH4）2S溶液而不是Na2S溶液作為反應物，理由是后者制得的ZnS含有較多的雜質，則該雜質是____________（填化學式）。

（5）金屬鋅常用作酸性干電池的負極，干電池不使用時，由于負極與電解質溶液接觸而發生自放電反應：2NH4＋＋Zn＝2NH3＋H2↑＋Zn2＋，造成電量自動減少。寫出鉛蓄電池不使用時，其正極上發生自放電的化學方程式__________________________。

Answer 1

【答案】 （3Cu＋2HNO3(稀)＋3H2SO4＝3CuSO4＋2NO↑＋4H2O O2 4.0×10－11 14.71 2H＋＋ZnS＝H2S↑＋Zn2＋ 冷卻結晶 Zn(OH)2 2PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋O2↑＋2H2O

【解析】試題分析：（1）粗鋅中的銅與混酸的稀溶液反應，銅被氧化成+2價的銅離子，硝酸被還原成+2價的一氧化氮，反應為3Cu＋2HNO3(稀)＋3H2SO4＝3CuSO4＋2NO↑＋4H2O。氣體X為一氧化氮，補充氧氣在溶液中可發生4NO+O2+2H2O=4HNO3，全部轉化成硝酸循環使用，能夠體現綠色化學思想；

（2）固體B為氫氧化銅沉淀，固體C含氫氧化鐵沉淀，若溶液I中c（Cu2+）為0.05molL-1，根據c（Cu2+）×c2（OH-）＞Ksp[Cu（OH）2[，c2（OH-）＝5×1020/5×102，c（OH-）＝1×10-9mol/L，要得到固體氫氧化鐵根據c（Fe3+）×c3（OH-）＞Ksp[Fe（OH）3]，c（Fe3+）＞4×1016/(1×109)3＝4×10-11mol/L；

（3）若固體A是Zn，取9.61g固體C溶解于足量的500mL2molL-1稀硝酸中，而最終為氫氧化物，故沉淀質量為金屬質量加上金屬陽離子結合氫氧根質量，氫氧根物質的量與金屬失電子物質的量相等，而電子與硝酸根結合生成NO，故有氫氧根物質的量為＝0.3mol，所以總質量為9.61g+0.3mol×17g/mol＝14.71g；若固體A是另一種物質，取部分固體C于試管中，加入足量的鹽酸，有臭雞蛋氣味的氣體產生，氣體為硫化氫，該實驗為制備硫酸鋅，所以陽離子為鋅，陰離子為硫，和鹽酸反應生成硫化氫的物質為硫化鋅，反應為2H＋＋ZnS＝H2S↑＋Zn2＋；

（4）溶液Ⅲ為硫酸鋅溶液，制備七水合硫酸鋅，防止結晶水失水，需冷卻結晶，溶液Ⅲ還可以制備ZnS，實際選擇的是（NH4）2S溶液，銨根離子水解抑制鋅離子水解，因氫氧化鋅的Ksp小于硫化鋅，用Na2S溶液作為反應物，制得的ZnS含有較多的雜質Zn（OH）2；

（5）鉛蓄電池放電時，Pb作負極、PbO2作正極，負極上Pb失電子與硫酸根離子結合生成PbSO4，反應式為Pb+SO42--2e-=PbSO4，正極上PbO2得電子和硫酸根、氫離子反應生成PbSO4和H2O，正極反應式為：2PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O+O2↑，鉛蓄電池不使用時，正極PbO2與硫酸發生還原反應，Pb（+4→+2），O（-2→0），發生氧化還原反應的方程式為2PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋O2↑＋2H2O。