Question

粗氧化鋅中含少量CuO、Fe₃O₄、SiO₂等雜質。工業上以粗氧化鋅生產硫酸鋅晶體（ZnSO₄·7H₂O）的工藝流程如下圖所示：
　
已知：常溫下，溶液中的Fe³⁺、Zn²⁺、Fe²⁺以氫氧化物形式完全沉淀的pH分別為：3.7，6.5，9.7。
請回答下列問題：
（1）操作③的名稱是        ；
（2）加入適量鋅粉的作用為        ；
（3）加入30%H₂O₂反應的離子方程式是        ；
（4）加入適量Ca(OH)₂調節溶液pH，促進Fe³⁺水解，Fe³⁺水解反應的平衡常數表達式K＝　  　，Ca(OH)₂不能過量的原因是　    　。

Answer 1

（共14分）
（1）蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾干燥(每個1分，共3分)。
（2）使溶液中的Fe³⁺轉化為Fe²⁺(2分)；除去Cu²⁺(2分)
（3）2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ = 2Fe³⁺ + 2H₂O (3分)
（4）c³(H⁺)/c(Fe³⁺) （2分）； 防止生成Zn(OH)₂（2分）

試題分析：ZnO（CuO、Fe₃O₄、SiO₂）在反應1中SiO₂不與H₂SO₄，過濾（操作①）后得到含Fe³⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、H⁺、SO₄^2-溶液，加入適量鋅粉2Fe³⁺+Zn= 2Fe²⁺ +Zn²⁺、Cu²⁺+ Zn= Cu +Zn²⁺，過濾（操作②）后Zn²⁺、Fe²⁺、SO₄^2-溶液，加入30%H₂O₂使Fe²⁺轉化為Fe³⁺，加入適量Ca(OH)₂調節溶液pH，使Fe³⁺沉淀，可得Zn SO₄溶液。
從ZnSO₄溶液得到硫酸鋅晶體（ZnSO₄·7H₂O）應經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾干燥。
鋅粉可以發生2Fe³⁺+Zn= 2Fe²⁺ +Zn²⁺、Cu²⁺+ Zn= Cu +Zn²⁺的反應。
結合題中信息2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ = 2Fe³⁺ + 2H₂O。
由Fe³⁺ +3H₂OFe (OH)₃+3H⁺     K= c³(H⁺)/c(Fe³⁺)；當Ca(OH)₂過量使溶液呈堿性時Zn²⁺會完全生成Zn(OH)₂沉淀。