专题3-5：副族元素-锌及其化合物(解析版)

系列三 副族金属

专题5 锌及其化合物

1．锌及其化合物“心连心”

2．金属锌的化学性质

（1）与空气中的水、CO 2、O 2反应：CO 2＋2O 2＋3H 2O ＋4Zn===ZnCO 3·3Zn(OH)2

（2）与大多数非金属反应：2Zn ＋O 2=====△2ZnO ，Zn ＋X 2=====△ZnX 2(X 为F 、Cl 、Br 、I)

（3）与酸、碱的反应：Zn ＋2HCl===ZnCl 2＋H 2↑，Zn ＋2H 2O ＋2NaOH===Na 2[Zn(OH)4]＋H 2↑或Zn ＋2NaOH===Na 2ZnO 2＋H 2↑

（4）与盐溶液的置换反应：Zn ＋Cu 2＋===Cu ＋Zn 2＋

3．氧化锌——两性氧化物

ZnO ＋2HCl===ZnCl 2＋H 2O

ZnO ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2[Zn(OH)4]或ZnO ＋2NaOH===Na 2ZnO 2＋H 2O

4．氢氧化锌——两性氢氧化物

（1）两性：Zn(OH)2＋2H ＋===Zn 2＋＋2H 2O ，Zn(OH)2＋2OH －===[Zn(OH)4]2－或Zn(OH)2＋2OH －===ZnO 2－2＋2H 2O

（2）受热分解：Zn(OH)2=====△ZnO ＋H 2O

（3）制法：Zn 2＋＋[Zn(OH)4]2－===2Zn(OH)2↓或Zn 2＋＋ZnO 2－2＋2H 2O===2Zn(OH)2↓

5．锌盐

（1）ZnSO 4

△与可溶性钡盐反应：ZnSO 4＋BaCl 2===ZnCl 2＋BaSO 4↓

△与强碱溶液反应

ZnSO4溶液中加入少量NaOH溶液：：Zn2＋＋2OH－===Zn(OH)2↓

ZnSO4溶液中加足量NaOH溶液：Zn2＋＋4OH－===[Zn(OH)4]2－或Zn2＋＋4OH－===ZnO2－2＋2H2O

△与Na2[Zn(OH)4]或Na2ZnO2反应生成Zn(OH)2沉淀。

（2）Na2[Zn(OH)4]或Na2ZnO2

△与少量盐酸反应：

Na2[Zn(OH)4]＋2HCl===Zn(OH)2↓＋2NaCl＋2H2O或Na2ZnO2＋2HCl===Zn(OH)2↓＋2NaCl

△与足量盐酸反应：

Na2[Zn(OH)4]＋4HCl===ZnCl2＋2NaCl＋4H2O或Na2ZnO2＋4HCl===ZnCl2＋2NaCl＋2H2O

△与少量CO2反应：

Na2[Zn(OH)4]＋CO2===Zn(OH)2↓＋Na2CO3＋H2O或Na2ZnO2＋CO2＋H2O===Zn(OH)2↓＋Na2CO3

△与足量CO2反应：

Na2[Zn(OH)4]＋2CO2===Zn(OH)2↓＋2NaHCO3或Na2ZnO2＋2H2O＋2CO2===Zn(OH)2↓＋2NaHCO3

△与可溶性锌盐发生相互促进的水解反应，生成Zn(OH)2沉淀。

【习题1】锌是一种应用广泛的金属，目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。某硫化锌精矿的主要成分为ZnS（还含少量FeS等其他成分），以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行，所产生焙砂的主要成分的化学式为。

（2）焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸，该酸可用于后续的___________操作。

（3）浸出液“净化”过程中加入的主要物质为锌粉，其作用是_____________ _____，反应的离

子方程式为。

（4）电解沉积过程中的阴极采用铝板，阳极采用Pb-Ag合金惰性电极，阳极逸出的气体

是。

（5）改进的锌冶炼工艺，采用了“氧压酸浸”的全湿法流程，既省略了易导致空气污染的焙烧过程，又可获得一种有工业价值的非金属单质。“氧压酸浸”中发生的主要反应的离子方程式为_____ ___。

（6）硫化锌精矿（ZnS）遇到硫酸铜溶液可慢慢地转变为铜蓝（CuS）。请用简短的语言解释该反应发生的原理。

（7）我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。明代宋应星著的《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……，然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，……，冷淀，毁罐取出，……，即倭铅也。”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为。（注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，倭铅是指金属锌）

【答案】

（1）ZnO；

（2）浸出；

（3）置换出Fe等；Zn+Fe2+=Zn2++Fe；

（4）O2；

（5）2ZnS+4H++O2=2Zn2++2S↓+2H2O；

（6）在一定条件下，溶解度小的矿物可以转化为溶解度更小的矿物（或在相同条件下，由于K SP(CuS)小于K SP(ZnS)，故反应可以发生）。

（7）ZnCO3+2C Zn+3CO↑

【解析】

（1）含锌矿的主要成分是ZnS，与空气中氧气发生氧化还原反应，则焙砂的主要成分为ZnO；

（2）焙烧生成的含硫氧化物可转换为硫酸，用于后续的浸出操作；

（3）该含锌矿中还含有FeS等杂质，浸出操作后转化为亚铁离子，可加入锌粉出去亚铁离子，从而除去Fe，反应的离子方程式为Zn+Fe2+=Zn2++Fe；

（4）电解沉积过程中，是电解ZnSO4，阴极锌离子放电生成锌，阳极发生氧化反应，产物为O2；

（5）“氧压酸浸”法顾名思义，可知反应物中含有H+和O2，可以获得非金属单质S，写出化学方程式为：

2ZnS+4H++O2=2Zn2++2S↓+2H2O；

（6）根据沉淀的转化原理可知，在一定条件下，溶解度小的矿物可以转化为溶解度更小的矿物，所以硫化锌精矿(ZnS)遇到硫酸铜溶液可慢慢地转变为铜蓝(CuS)；

（7）根据题目描述可知反应物为ZnCO3和C，产物含有Zn，则化学方程式为ZnCO3+2C Zn+3CO↑。

【习题2】废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。实验室利用废旧电池的铜帽(Cu、Zn 总含量约为99%)回收Cu并制备ZnO 的部分实验过程如下：

（1）△铜帽溶解时加入H 2 O 2 的目的是_____ _______(用化学方程式表示)。△铜帽溶解完全后，需将溶液中过量的H2O2 除去。除去H 2 O 2 的简便方法是_____ ______。

（2）为确定加入锌灰(主要成分为Zn、ZnO，杂质为铁及其氧化物)的量，实验中需测定除去H 2 O 2 后溶液中Cu 2 ＋的含量。

实验操作为：准确量取一定体积的含有Cu 2 ＋的溶液于带塞锥形瓶中，加适量水稀释，调节溶液pH=3~4，加入过量的KI，用Na2S2O3 标准溶液滴定至终点。上述过程中反应的离子方程式如下：摇摇2Cu2＋+4I－=2CuI(白色)↓+I2 2S2O32 －+I 2 =2I－+S4O62 －

△滴定选用的指示剂为，滴定终点观察到的现象为___ ________。

△若滴定前溶液中的H 2 O 2 没有除尽，所测定的Cu 2＋含量将会_________ __ (填“偏高”、“偏低”或“不变”)。

（3）已知pH>11 时Zn(OH) 2 能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH) 4 ] 2-。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH 按金属离子浓度为1. 0 molL -1 计算)。