Question

17．以某冶煉廠排放的廢酸（主要成分為鹽酸，含Fe²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、H₃AsO₃等雜質）和鋅渣（含ZnO、Zn及其他酸不溶物）為原料制備電池級ZnCl₂溶液的工藝流程如下：

回答下列問題：
（1）H₃AsO₃（亞砷酸）中As元素的化合價是+3．
（2）“浸出”時反應池應遠離火源，原因是反應池中鋅與鹽酸反應有H₂生成．
（3）“一次凈化”的目的是除Fe、As，加入KClO₃、FeCl₃發生反應的化學方程式為①KClO₃+3H₃AsO₃=KCl+3H₃AsO₄（或2FeCl₃+H₃AsO₃+H₂O=2FeCl₂+H₃AsO₄+2HCl）②KClO₃+6FeCl₂+6HCl=6FeCl₃+KCl+3H₂O③FeCl₃+H₃AsO₄$\frac{\underline{\;電爐\;}}{\;}$FeAsO₄↓+3HCl，濾渣A的成分是FeAsO₄、Fe（OH）₃．
（4）“產品”中的主要雜質是KCl，避免產生該雜質的改進方案是用H₂O₂（或Cl₂）代替KClO₃．
（5）鋅聚苯胺電池具有價格便宜、重量輕等優點，在電動汽車行業應用前景廣闊．負極使用的是高純度鋅片，以 ZnCl₂和 NH₄Cl 為主要電解質．鋅聚苯胺電池充電時，負極材料上的電極反應式為Zn²⁺+2e^-=Zn．

Answer 1

分析 廢酸（主要成分為鹽酸，含Fe²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、H₃AsO₃等雜質）和鋅渣（含ZnO、Zn及其他酸不溶物），由流程可知，Zn、ZnO均與鹽酸反應，且Zn可與Cu²⁺等發生置換反應，過濾得到的濾渣中含Cu及其他酸不溶物，然后一次凈化，“一次凈化”的目的是除Fe、As，加入KClO₃、FeCl₃發生KClO₃+3H₃AsO₃=KCl+3H₃AsO₄（或2FeCl₃+H₃AsO₃+H₂O=2FeCl₂+H₃AsO₄+2HCl）、KClO₃+6FeCl₂+6HCl=6FeCl₃+KCl+3H₂O，FeCl₃+H₃AsO₄$\frac{\underline{\;電爐\;}}{\;}$FeAsO₄↓+3HCl，濾渣A的成分為FeAsO₄、Fe（OH）₃，再進行二次凈化，加Zn除去Pb²⁺，過濾、蒸發得到ZnCl₂，但ZnCl₂中含KCl雜質，以此來解答．

解答 解：廢酸（主要成分為鹽酸，含Fe²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、H₃AsO₃等雜質）和鋅渣（含ZnO、Zn及其他酸不溶物），由流程可知，Zn、ZnO均與鹽酸反應，且Zn可與Cu²⁺等發生置換反應，過濾得到的濾渣中含Cu及其他酸不溶物，然后一次凈化，“一次凈化”的目的是除Fe、As，加入KClO₃、FeCl₃發生KClO₃+3H₃AsO₃=KCl+3H₃AsO₄（或2FeCl₃+H₃AsO₃+H₂O=2FeCl₂+H₃AsO₄+2HCl）、KClO₃+6FeCl₂+6HCl=6FeCl₃+KCl+3H₂O，FeCl₃+H₃AsO₄$\frac{\underline{\;電爐\;}}{\;}$FeAsO₄↓+3HCl，濾渣A的成分為FeAsO₄、Fe（OH）₃，再進行二次凈化，加Zn除去Pb²⁺，過濾、蒸發得到ZnCl₂，但ZnCl₂中含KCl雜質，
（1）H₃AsO₃（亞砷酸）中H為+1價，O為-2價，由化合物中正負化合價代數和為0可知As元素的化合價是+3，故答案為：+3；
（2）“浸出”時反應池應遠離火源，原因是反應池中鋅與鹽酸反應有H₂生成，氫氣具有可燃性，故答案為：反應池中鋅與鹽酸反應有H₂生成；
（3）由上述分析可知，發生反應為KClO₃+3H₃AsO₃=KCl+3H₃AsO₄（或2FeCl₃+H₃AsO₃+H₂O=2FeCl₂+H₃AsO₄+2HCl）、KClO₃+6FeCl₂+6HCl=6FeCl₃+KCl+3H₂O，濾渣A的成分為FeAsO₄、Fe（OH）₃，
故答案為：KClO₃+3H₃AsO₃=KCl+3H₃AsO₄（或2FeCl₃+H₃AsO₃+H₂O=2FeCl₂+H₃AsO₄+2HCl）；KClO₃+6FeCl₂+6HCl=6FeCl₃+KCl+3H₂O；FeAsO₄、Fe（OH）₃；
（4）“產品”中的主要雜質是KCl，避免產生該雜質的改進方案是用H₂O₂（或Cl₂）代替KClO₃，故答案為：KCl；用H₂O₂（或Cl₂）代替KClO₃；
（5）負極使用的是高純度鋅片，以 ZnCl₂和 NH₄Cl 為主要電解質．鋅聚苯胺電池充電時，負極材料上的電極反應式為Zn²⁺+2e^-=Zn，故答案為：Zn²⁺+2e^-=Zn．

點評 本題考查物質制備實驗，為高頻考點，把握制備實驗流程中的反應、混合物分離提純方法為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，注意（5）中陰極反應的書寫為易錯點，題目難度中等．