Question

某化工廠生產皓礬（ZnSO₄?7H₂O），結晶前的飽和溶液（酸性）中含有少量Cu²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺等雜質。已知：0.01mol?L^-1的Fe³⁺開始沉淀為Fe（OH）₃到完全沉淀的pH范圍為2.7~3.7；飽和ZnSO₄溶液（0.34mol?L^-1）開始沉淀為Zn（OH）₂到完全沉淀的pH值范圍為5.7~8.0；當pH<5.6時，Na₂CO₃、CaCO₃會發生反應生成CO₂。該廠除雜及生產的工藝流程如下所示：

（1）加入的試劑②是__________________，其作用是___________________。
（2）為了調整pH，加入試劑③，供選用的試劑有NaOH、Na₂CO₃、CaCO₃、NH₃?H₂O、Ca（OH）₂等，應當選用__________，其理由是____________________。

Answer 1

（1）H₂O₂；將Fe²⁺氧化為Fe³⁺
（2）CaCO₃；可將其pH調整到5.6，Fe³⁺可完全沉淀，Zn²⁺不會沉淀，且溶液中濃度大，使Ca²⁺轉化為微溶物質CaSO₄，所得產品（皓礬）中不會引入雜質Ca²⁺

【試題分析】
要除去溶液中的雜質，在步驟①中加入過量的鐵粉，發生反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺和Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，過濾，除去置換出來的銅和剩余的鐵粉，所得濾液中含有的金屬離子是Fe²⁺和Zn²⁺。根據題干中所給出的信息可知，需先將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后再將Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀除去，在選擇氧化劑時，既要能氧化Fe²⁺又不引入新的雜質，不宜選用Cl₂、KMnO₄、HNO₃等氧化劑，加入的試劑②為雙氧水（H₂O₂的水溶液）最適宜。只要調整溶液的pH在2.7~5.7的范圍內，Fe³⁺可以完全沉淀而除去，Zn²⁺不會沉淀，加入的試劑③可以是CaCO₃，因為溶液中濃度大，根據難溶物質的溶度積常數Ksp=［Ca²⁺］［］可知，能使溶液中的Ca²⁺轉化為難溶物質CaSO₄，所得產品（皓礬）中不會引入雜質Ca²⁺。