Question

【題目】一種以冷熱鍍管廢料鋅灰制ZnSO4·7H2O晶體，進而獲取ZnO，并探索氫電極增壓還原氧化鋅電解法制鋅的方法，工藝流程如圖所示：

已知：①鋅灰的主要成分為ZnO、ZnCl2，還含有SiO2、CuO、PbO和FeO。

②Cu++Cl-=CuCl↓

回答下列問題：

(1)濾渣1的主要成分為SiO2和___。

(2)酸浸時，硫酸濃度不能過高，原因是___。

(3)寫出“沉銅”時的離子方程式___。

(4)在pH為5.6的條件下氧化后，再加入聚丙烯酰胺絮凝劑并加熱攪拌，其目的是___。

(5)氫電極增壓還原氧化鋅的裝置如圖所示，儲罐內ZnO溶解后形成Zn(OH)離子，每溶解1molZnO需消耗___molKOH。電解池中的總反應離子方程式為：___。

(6)該工藝廢水中含有Zn2+，排放前需處理。向廢水中加入CH3COOH和CH3COONa組成的緩沖溶液調節pH，通入H2S發生反應：Zn2++H2SZnS(s)+2H+。處理后的廢水中部分微粒濃度為：

微粒	H2S	CH3COOH	CH3COO-
濃度/mol·L-1	0.10	0.05	0.10

處理后的廢水的pH=___，c(Zn2+)=___。(已知：Ksp(ZnS)=1.0×10-23，Ka1(H2S)=1.0×10-7，Ka2(H2S)=1.0×10-14，Ka(CH3COOH)=2.0×10-5)

Answer 1

【答案】PbSO4 產生SO2氣體，污染環境或無法反應(速率慢)等 Zn+2Cu2++2Cl-=2CuCl↓+Zn2+ 促使Fe(OH)3膠體聚沉，有利于過濾分離 2 H2+Zn(OH)2H2O+Zn+2OH- 5 1×10-11mol·L-1

【解析】

鋅灰(主要成分是ZnO，ZnCl2，還含有SiO2，CuO，PbO和FeO等)用硫酸酸浸，其中PbO轉化成PbSO4沉淀，SiO2不溶于酸或水，則過濾得到的濾渣1主要為PbSO4、SiO2；濾液含有ZnSO4、FeSO4、CuSO4和H2SO4，向濾液中加入Zn粉，將Cu2+還原利用生成CuCl沉淀達到沉銅的目的，繼續向溶液中加入雙氧水將Fe2+氧化成Fe3+，再加入ZnO調節溶液pH，將Fe3+轉化成氫氧化鐵沉淀并過濾除去，將濾液蒸發、濃縮并冷卻結晶，過濾得到ZnSO47H2O，濾液加入氫氧化鈉溶液可生成氫氧化鋅，加熱分解生成氧化鋅，最后電解生成Zn，以此解答該題。

(1)由分析可知，濾渣1的主要成分為SiO2和PbSO4；

(2)濃硫酸有強氧化性，酸浸時，如使用硫酸濃度過高，反應速率會很慢，在溶解時會氧化FeO生成Fe3+，同時生成SO2，污染環境，發生反應的化學方程式2FeO+4H2SO4(濃)=Fe2(SO4)3+SO2↑+4H2O；

(3)“沉銅”時加入Zn粉，將Cu2+還原利用生成CuCl沉淀，發生反應的離子方程式為Zn+2Cu2++2Cl-=2CuCl↓+Zn2+；

(4)在pH為5.6的條件下氧化后，生成的Fe3+水解生成氫氧化鐵膠體，繼續加入聚丙烯酰胺絮凝劑并加熱攪拌，可促使Fe(OH)3膠體聚沉，有利于過濾分離；

(5)儲罐內ZnO溶解后形成Zn(OH)離子，發生的離子反應2OH－＋ZnO＋H2O＝Zn(OH)，則每溶解1molZnO，需消耗2molKOH；電解池陽極上的H2在堿性條件下失電子氧化生成H2O，電極反應為H2-2e-+2OH-=2H2O，陰極上Zn(OH)離子得電子還原生成Zn，電極反應式為Zn(OH)+2e-=Zn+4OH-，則電解池中的總反應離子方程式為H2+Zn(OH)42-2H2O+Zn+2OH-；

(6)已知Ka(CH3COOH)= ，則c(H+)=1×10-5mol/L，此時溶液pH=5；Ka1(H2S)×Ka2(H2S) =×= =1.0×10-7×1.0×10-14，其中c(H+)=1×10-5mol/L，c(H2S)=0.10mol/L，則c(S2-)=1.0×10-12 mol/Lspan>，此時Ksp(ZnS)=1.0×10-23=c(Zn2+)×c(S2-)，則c(Zn2+)=1×10-11mol·L-1。