问题标题:
某化工厂生产皓矾(ZnSO4?7H2O),结晶前的饱和溶液(酸性)中含有少量Cu2+、Fe3+、Fe2+等杂质。已知:0.01mol?L-1的Fe3+开始沉淀为Fe(OH)3到完全沉淀的pH范围为2.7~3.7;饱和ZnSO
问题描述:
某化工厂生产皓矾(ZnSO4?7H2O),结晶前的饱和溶液(酸性)中含有少量Cu2+、Fe3+、Fe2+等杂质。已知:0.01mol?L-1的Fe3+开始沉淀为Fe(OH)3到完全沉淀的pH范围为2.7~3.7;饱和ZnSO4溶液(0.34mol?L-1)开始沉淀为Zn(OH)2到完全沉淀的pH值范围为5.7~8.0;当pH<5.6时,Na2CO3、CaCO3会发生反应生成CO2。该厂除杂及生产的工艺流程如下所示:
(1)加入的试剂②是__________________,其作用是___________________。
(2)为了调整pH,加入试剂③,供选用的试剂有NaOH、Na2CO3、CaCO3、NH3?H2O、Ca(OH)2等,应当选用__________,其理由是____________________。
曹义华回答:
(1)H2O2;将Fe2+氧化为Fe3+(2)CaCO3;可将其pH调整到5.6,Fe3+可完全沉淀,Zn2+不会沉淀,且溶液中浓度大,使Ca2+转化为微溶物质CaSO4,所得产品(皓矾)中不会引入杂质Ca2+
【试题分析】要除去溶液中的杂质,在步骤①中加入过量的铁粉,发生反应:Fe+2Fe3+=3Fe2+和Fe+Cu2+=Fe2++Cu,过滤,除去置换出来的铜和剩余的铁粉,所得滤液中含有的金属离子是Fe2+和Zn2+。根据题干中所给出的信息可知,需先将Fe2+氧化为Fe3+,然后再将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去,在选择氧化剂时,既要能氧化Fe2+又不引入新的杂质,不宜选用Cl2、KMnO4、HNO3等氧化剂,加入的试剂②为双氧水(H2O2的水溶液)最适宜。只要调整溶液的pH在2.7~5.7的范围内,Fe3+可以完全沉淀而除去,Zn2+不会沉淀,加入的试剂③可以是CaCO3,因为溶液中浓度大,根据难溶物质的溶度积常数Ksp=[Ca2+][]可知,能使溶液中的Ca2+转化为难溶物质CaSO4,所得产品(皓矾)中不会引入杂质Ca2+。
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