《2025年学霸高考黑题化学人教版》

$ ZnSO_4 · 7H_2O $ 常用作杀菌剂。现以一种主要成分为 $ Zn_5(OH)_8Cl_2 $ [可写作 $ ZnCl_2 · 4Zn(OH)_2 $] 的锌矿物（含有少量的 $ FeO $、$ SiO_2 $、$ CuO $）来合成 $ ZnSO_4 · 7H_2O $，相关实验流程如下。

已知：① 常温状况下，$ Fe(OH)_3 $ 比 $ Fe(OH)_2 $ 更易沉淀。
② 常温状况下，$ ZnSO_4 $ 的溶解度随温度的变化如图 1 所示。
(1) “酸浸”步骤的实验装置如图 2 所示，其中仪器 $ A $ 名称是分液漏斗。
(2) 写出“氧化”步骤主要反应的离子方程式$2Fe^{2+}+H_2O_2+2H^+=2Fe^{3+}+2H_2O$。
(3) 下列说法

不

正

确

的是D（填字母）。
A. 酸浸过程，电磁搅拌和热水浴的作用是提高浸取速率
B. 滤渣 3 的主要成分是 $ Cu $ 和 $ Zn $
C. 该工艺流程可获得副产品 $ (NH_4)_2SO_4 $
D. $ ZnSO_4 · 7H_2O $ 中锌元素全部来源于锌矿物
(4) 加入 $ (NH_4)_2CO_3 $ 进行“沉锌”，生成 $ Zn_2(OH)_2CO_3 $ 沉淀的同时还有无色无味气体逸出，请写出该反应的离子方程式：$2CO_3^{2-}+2Zn^{2+}+H_2O=Zn_2(OH)_2CO_3↓+CO_2↑$。
(5) 补充完成由“沉锌”所得滤渣 $ [Zn_2(OH)_2CO_3] $ 经一系列操作获得较纯净的 $ ZnSO_4 · 7H_2O $ 产品的实验方案：取一定量的 $ Zn_2(OH)_2CO_3 $ 滤渣，用蒸馏水洗涤，用稀$H_2SO_4$完全溶解，将所得溶液蒸发浓缩至有晶膜出现，冷却至0℃（39℃以下）结晶，过滤，用乙醇洗涤，低温下干燥，获得较纯净的 $ ZnSO_4 · 7H_2O $ 产品。（实验中须使用的试剂：稀盐酸、$BaCl_2$ 溶液、稀 $ H_2SO_4 $、乙醇）
(6) 称取 $ 3.500 g $ 产品，配成 $ 500 mL $ 溶液，取 $ 100 mL $ 溶液于锥形瓶中，再加入缓冲溶液将 $ pH $ 调至 $ 10.0 $ 并滴入适量铬黑 $ T $ 指示液。最后用 $ 0.1000 mol·L^{-1} $ 的 $ EDTA $（乙二胺四乙酸，简写 $ H_4Y $）标准溶液滴定至待测溶液由红紫色变为纯蓝色（离子方程式为 $ Zn^{2+} + Y^{4-} = ZnY^{2-} $），重复三次，平均消耗 $ EDTA $ 标准溶液体积为 $ 23.60 mL $。计算产物 $ ZnSO_4 · 7H_2O $ 的纯度。（写出计算过程，保留三位有效数字）

答案： 巩固训练4
(1)分液漏斗
(2)$2Fe^{2+}+H_2O_2+2H^+=2Fe^{3+}+2H_2O$
(3)D
(4)$2CO_3^{2-}+2Zn^{2+}+H_2O=Zn_2(OH)_2CO_3↓+CO_2↑$
(5)用稀$H_2SO_4$完全溶解，将所得溶液蒸发浓缩至有晶膜出现，冷却至0℃（39℃以下）结晶，过滤，用乙醇洗涤，低温下干燥
(6)解：由$Zn^{2+}+Y^{4-}=ZnY^{2-}$可知，100mL溶液中含有的$n(Zn^{2+}) = 23.60mL×10^{-3}L·mL^{-1}×0.1000mol·L^{-1}=2.360×10^{-3}mol$，根据Zn守恒，则3.500g产品中含有的$n(ZnSO_4·7H_2O)=2.360×10^{-3}mol×\frac{500mL}{100mL}=1.180×10^{-2}mol$，$m(ZnSO_4·7H_2O)=1.180×10^{-2}mol×287g·mol^{-1}=3.3866g$，产物$ZnSO_4·7H_2O$的纯度为$\frac{3.3866g}{3.500g}×100\%≈96.8\%$。
解题思路
锌矿物加入硫酸酸浸，过滤，不溶物滤渣1为$SiO_2$，滤液中含有$Fe^{2+}$、$Zn^{2+}$、$Cu^{2+}$、$Cl^-$、$SO_4^{2-}$等，加入$H_2O_2$将$Fe^{2+}$氧化为$Fe^{3+}$，加入氨水调节pH，使$Fe^{3+}$形成滤渣2$[Fe(OH)_3$沉淀]除去，滤液加入Zn置换出Cu，滤渣3中含有过量的锌和置换出的铜，滤液中存在$Zn^{2+}$、$Cl^-$、$SO_4^{2-}$、$NH_4^+$，加入$(NH_4)_2CO_3$，经过洗涤沉淀，得到$Zn_2(OH)_2CO_3$沉淀，加入硫酸溶解，对滤液进行蒸发浓缩、冷却结晶、低温干燥得到$ZnSO_4·7H_2O$晶体。
解析：
(1)由图可知，仪器A为分液漏斗。
(2)由分析可知，“氧化”步骤过氧化氢将二价铁氧化为三价铁，离子方程式为$2Fe^{2+}+H_2O_2+2H^+=2Fe^{3+}+2H_2O$。
(3)酸浸过程，电磁搅拌可以增大反应物的接触面积，热水浴可以提高浸取速率和反应速率，A正确；加入过量的锌，置换出铜，则滤渣3的主要成分是产生的Cu和过量的Zn，B正确；加入碳酸铵，生成$Zn_2(OH)_2CO_3$，同时生成$(NH_4)_2SO_4$，即该工艺流程可获得副产品$(NH_4)_2SO_4$，C正确；置换铜的过程中加入了Zn，$ZnSO_4·7H_2O$中锌元素不全来源于锌矿物，D错误。
(4)根据题意，$(NH_4)_2CO_3$为反应物，$Zn_2(OH)_2CO_3$为生成物，同时还生成二氧化碳，结合元素守恒可知，该反应的离子方程式为$2CO_3^{2-}+2Zn^{2+}+H_2O=Zn_2(OH)_2CO_3↓+CO_2↑$。
(5)具体操作：取一定量的$Zn_2(OH)_2CO_3$滤渣，用蒸馏水洗涤，用稀$H_2SO_4$完全溶解，将所得溶液蒸发浓缩至有晶膜出现，冷却至0℃（39℃以下）结晶，过滤，用乙醇洗涤，低温下干燥，即可获得较纯净的$ZnSO_4·7H_2O$产品。