23：锌及其化合物

第二题（10 分）书写反应方程式 1．把锌粉投入用 NaOH 碱化的 NaNO3 溶液，有氨气产生。试写出配平的化学方程式；
2．元素锌的氧化物和氢氧化物有两性。现将 5mol/L 的 Na2ZnO2 溶液和 8mol/L 的盐酸按 1 ︰2 体积比混合，请用一个离子方程式表述该反应；
3．锌钡白（立德粉）是 ZnSO4 和 BaS 以相同物质的量混合后反应制成白色颜料。 （1）写出由菱锌矿（ZnCO3）为主要原料制锌钡白的有关反应的化学方程式。
3．A 微溶于水，加热时能发生水解。当 pH＜5 时，A 的溶解度增大，这是为什么？试用 化学反应方程式解释。
4．在潮湿的空气中，A 到 200℃时，会生成少量的 B。已知 B 的元素组成与 A 的元素组 成完全相同，且 B 的阴离子的价电子数比 NO 的价电子数多 2。试确定 B 的分子式，并写出生 成 B 的离子方程式。
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（2）将 pH 调节到上题的计算值，实际检测到 Cu2 、Zn2 的含量还是严重超标，请问可 能是什么原因？
＋ ＋
（3）适当增加几个 pH 值单位，检测到滤液中铜、锌的含量有所下降；但再增加 pH 值， 则检测到滤液中铜、锌的含量上升很多，请问铜、锌含量升高的原因是什么？
元素化学 23：锌及其化合物
（时间：2.5 小时 满分：100 分） 第一题（9 分）推断一种金属元素 阅读如下信息后，回答问题：元素 M 是仅次于铁而在生物细胞中大量存在的金属元素， 是必需元素之一；M 用于制合金、白铁、干电池、烟火等；其粉末为强还原剂，可用于有机合 成、染料制备以及金、银的冶炼；其氧化物是一种白色颜料。
第五题（13 分）推断锌的有机化合物 化合物 A 由前四周期的三种元素组成，能与水反应，生成白色沉淀 B 和无色气体 C；B 既 能溶于强酸，又能溶于强碱，还能溶于氨水；C 是非极性分子，能燃烧；1.000g A 与水反应后 产生的气体 C 燃烧后，产物经干燥后得到 0.923g 气体 D，D 也是非极性分子。 1．写出 B、C、D 的化学式；
2．为什么酸溶中要控制 pH 约 5.1 为终点？
3．步骤②中的过滤得到的滤渣是什么？
4．步骤①②所在的生产车间中通风和防护措施一定要良好，为什么？
5．写出步骤③中的两步反应方程式（已知黄铁钒晶体含 4.74%的 Na 和 34.57%的 Fe）
第八题（13 分）铜锌离子的分离和消除 在很多农药的生产过程中，铜盐、锌盐作为催化剂，部分残留于母液中而产生了含金属离 子铜、锌的废水。铜、锌离子在水体、土壤中的累积会对生物产生严重污染，必须采用适当方 法去。目前国内对重金属离子的去除主要采用沉淀法、电解化学法等，将其浓度降到 10mg/L， 稀释 10 倍后排放。 1．氢氧化物沉淀法：取一定量含铜、锌废水，用 NaOH 溶液调节废水 pH，反应一定时间 后过滤或离心分离，取滤液酸化后测定金属离子的浓度。 － － 10 20；Ksp[Zn(OH)2]＝1.2× 10 17 已知：Ksp[Cu(OH)2]＝2.2× ＋ ＋ （1）分别计算调节 pH 为多少时，滤液中 Cu2 、Zn2 的含量可达标；
＋
（3）本法检测结果 Cu2 比 Zn2 的含量低得多（约 1/12） ，可能是什么原因？
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3．请从实验结果和操作运行成本考虑，再提出一种消除铜、锌离子的实验方法
第九题（16 分）从锌锰干电池废物中制备硫酸锌 锌锰干电池由于其贮存和使用寿命较短，大都为一次性电池，用完之后被当作垃圾扔掉。 这不仅浪费了宝贵的金属资源，而且还会产生严重的环境污染。下表是各类电池的综合成Fra Baidu bibliotek分 析结果： 主要成分 锌 锰 镉 铅 汞 铁 铜 碳 其它 P% 13 27 14 28 0.010 0.1 0.3 0.004 23 26 0.5 0.7 5 6 13 含量 ～ ～ ～ ～ ～ ～ 通过简单的机械处理，将电池中各组分进行最大在限度的分离，从而使整个处理过程得到 简化。再分别对锌皮和锰粉进行湿法处理，通过预处理、浸取、净化等工序制出产品。工艺流 程如下图：
2．写出 A 的化学式，判断 A 是离子化合物还是共价化合物？
3．写出 A 与水反应的化学方程式，该反应能发生的最主要原因是什么？
4．写出溶解 B 的三个方程式
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5．A 在干冰的温度下可与 SO2 反应，写出该反应的化学方程式。
6．将 A 在氨气气氛中加热到 150℃，并保持 5 小时左右，得到白色粉末 E，E 不溶于液氨 但溶于氨基钾的液氨溶液。将 E 加热到 330℃，可得到深灰色、粉 末状含两种元素化合物 F，F 式量大于 100。 （1）写出生成 E 的化学反应方程式。
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1．锌锰干电池的成分， （1）写出电极反应和总反应；
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应③： “银币”变成了与金的色泽几乎完全一样的“金币” 。 （1）写出反应①②的配平的化学方程式。
（ 2） “银”是什么？结出它的化学符号； “金”又是什么？给出它的通用名称。
第三题（9 分）锌的纳米化合物 纳米科技是 20 世纪 80 年代末期诞生并正在崛起的新科技，纳米结构的微粒具有微米粒子 所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等。 1．作为一种过渡金属硫化物，纳米硫化锌显示出许多特异的光电性能，在光致发光、电 致发光、磷光体、传感器、红外窗口材料、光催化等许多领域有着广泛的用途。 （1）在一项新型的制备纳米硫化锌的（快速）均匀沉淀法中，先利用气相蒸发技术制备 出平均粒径为 80nm 的锌粉粒子，高活性的锌粉粒子在接触空气时表面会有一部分被氧化，即 为 Zn/ZnO 纳米粉粒。将适量的 Zn/ZnO 粉粒置于一定浓度的 Na2S 溶液中，形成悬浮液，在 50 ℃下超声振荡，反应体系的颜色由黑转白，形成 ZnS 沉淀，过滤，洗涤，得到平均粒径为 40nm 的球状 ZnS 微粒。请写出上述反应的化学方程式；
2．尖晶石的合成常利用前驱物法，例如合成 ZnFe2O4，先将 Zn2 、Fe3 按浓度比 1︰2 配 成溶液， 再向溶液中加入适量 Na2C2O4 溶液， 加热蒸发得沉淀前驱物， 将前驱物熔烧即得产物。 （1）写出有关反应式；
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（2）说明前驱物法的优点（至少三点）
第四题（10 分）推断锌的无机化合物 将 ZnSO4 溶液与 H2O2 混合，再往混合溶液中加入适量的 NaOH 溶液，不久可沉淀出二元 化合物 A。X 射线研究表明，A 与黄铁矿 FeS2 具有相同的结构。
（2）纳米硫化锌制备方法有很多。还可以采用氧化还原法合成 ZnS 纳米粒子，并结合水 热或溶剂热法的特点，使之在“活性”水或甲苯中进行反应。①水热法：摩尔比 1︰1 准确称 量 0.02mol 硫代硫酸钠和醋酸锌（分析纯），分别用适量去离子水溶解、混合均匀、搅拌 0.5h 后移入水热反应釜中，加去离子水至填充度约为 85%密封，用磁力搅拌器进行搅拌，同时缓慢 加热升温。②溶剂热法：同上相同量的反应物，分别加入 50mL 甲苯，100℃下恒温搅拌 1h 完 全溶解后混合搅拌，移入反应釜，填充度约为 85%密封，加热升温。上面两种方法中，有以下 共同特点：都发生氧化还原反应，都是硫代硫酸钠既作氧化剂又是还原剂，而且产物中都有酸 性物质生成（但不是同种酸）。假设两个反应都恰好完全反应，请写出两个化学方程式。
（2）X 原子的 Y 原子的配位多面体是什么？配位数是多少？这些配位多面体按怎样的方 式相互连接？根据这些问题的解答，可推知 X—Y 键的键型如何？
（3）X 射线测定结果表明，在 A 阴离子基团中 Y 原子间的键距为 148pm，而典型的 Y 的 半径为 140pm。这些事实说明 A 中阴离子基团中的键型如何？
2．微电解沉淀法：取含铜、锌废水，放入 Fe－C 电极，通空气，用浓 H2SO4 调溶液 pH ＝ 2， 每 20min 取样加饱和石灰乳调 pH＝8～9， 搅拌后抽滤， 取滤液分析测定金属离子的浓度。 （1）写出 1 个阳极和 2 个阴极反应方程式
（2）本法与氢氧化物沉淀法的共同之处是最后调节 pH 进行沉淀，但该法检测到 Cu2 、 ＋ Zn2 的含量比上法低的多，可能是什么原因，说明 2 点？
1．M 的元素符号是 ，核外电子排布是 和 。 。 2．M 的最重要的两种矿物的化学式是
，化学式是 。 M 最重要的一种“矾”的名称是 3．M 能否与强酸（HCl）或强碱（NaOH）反应。如果能，写出离子反应方程式。
4．试设计测定 M 的氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的 pH 的实验方案。
5．砒霜自古以来就被认为是剧毒的物质。古代确定人是否是砒霜中毒，常在硫酸介质中， 将 M 与砒霜混合生成 AsH3，AsH3 受热分解产生 As 单质，从而得到砷镜。 则产生 AsH3 的化学反应方程式为 。
2．写出制备 A 的化学方程式；
3．Zn 的常见配位数是 4，画出 A 分子的空间结构， 说明中心原子 Zn 的杂化态。
4．铍和锌分别为ⅡA 及ⅡB 族元素，在很多性质上相 类似。因此 Be 也可以形成结构与 A 相似的配合物 B。但 Zn 的配合物易水解，而 Be 的配合物不易水解。请解释。
第七题（11 分）锌铁合金中制备硫酸锌 我国每年都有一定量废锌铁合金的机 械零件、废弃物的回收是对我国有限的自 然资源充分挖掘和利用。废锌铁合金机械 零件中含锌约为 80%， 含铁 18%左右， 砷、 铜合为 2%左右。右图是用废锌铁合金机 械零件为原料制备硫酸锌的工艺流程图： ①酸溶：在带搅拌的耐酸反应器中加 入 30%的稀硫酸，然后加入破碎好过量的 废锌铁合金零件，开始反应，用水蒸汽对 反应器加热，温度控制在 80～95℃之间，
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1．写出生成 A 的离子反应方程式。
2．FeS2 的结构与 NaCl 结构相似。将 Na 用 A 中阳离子（记为 X）取代，Cl 用 A 中的阴 离子（记为 Y）取代，即得到 A 的结构。X 射线研究表明，A 的晶胞边长为 a＝487pm。 （1）试计算 A 的密度。
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（2）E 溶于液氨后溶液中阴离子的立体结构。 （3）E 加热到 330℃时生成 F 的化学反应方程式。
第六题（9 分）推断锌的一种配合物 ZnCO3 与醋酸溶液反应，析出晶体，并在氯仿中重结晶，得到无水晶体 A。A 是具有很高 对称性的配合物分子。将 A 在空气在灼烧，得到 ZnO，失重 48.4%。 1．通过计算确定 A 的化学式；
（2）若菱锌矿中含有 Fe2 、Ni2 等杂质，在制备过程中如何除去？（已知：φ0Fe2+/Fe＝－ 0.44，φ0Ni2+/Ni＝－0.25）
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4．有人利用中学实验室里的常见试剂做了一个小魔术：铜币变“银币” ， “银币”变“金 币” 。魔术手法如下：取某银白色金属 A 的粉末，投入氢氧化钠溶液，加热，发生反应①：A 溶于氢氧化钠得到无色透明的溶液甲，同时放出氢气；把铜币投入热的溶液甲，片刻，发生反 应②：铜币变成“银币” ；把“银币”从溶液甲中取出，用蒸馏水冲洗干净，并用细软的纸擦 干，发给观众悦目；从观众手里取回“银币” ，用坩埚钳夹住，在酒精灯火焰上加热，发生反
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可间断加热、搅拌、反应至无气体放出，pH 值为 5.1 即为反应终点。 ②过滤：反应终止后，趁热过滤。 ＋ ＋ ③用黄铁钒法净化除铁：向滤液中加入氧化剂 NaClO3，将 Fe2 全部转化为 Fe3 ，控制加 ＋ 热温度为 85～95℃之间，pH 值在 1.6～1.8 范围。在搅拌的条件下，加入 Na2SO4，Fe3 在热溶 液中生成黄色黄铁矾大颗粒沉淀，趁热过滤，除去杂质铁。 ④蒸发和结晶：将最后过滤所得纯净的硫酸锌溶液注入蒸发器中，加热蒸发至外观溶液表 7H2O 晶体。 面出现鳞片时，停止加热，趁热将浓溶液注入结晶器中，冷却结晶出无色的 ZnSO4· 7H2O 晶体放入离心机内离心脱水，包装。 ⑤离心脱水：把所得 ZnSO4· 1．写出酸溶中可能发生的主要反应方程式（7 个） ；