Question

【題目】利用工業(yè)煉鉛產(chǎn)生的鋅灰(主要成分為ZnO、PbO、FeO、MnO2、CuO)可回收制備ZnCl2，工藝流程如下：

回答下列問題

(1)“浸取”實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)體系的溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)錳脫除效果的影響如下表，則適合的溫度和反應(yīng)時(shí)間分別是________、________。

表1　溫度對(duì)錳脫除效果的影響

溫度/℃	ρ(Mn2+)/mg/L	除錳率/%
10	0.325	87.9
30	0.341	89.5
50	0.424	84.3
70	0.646	76.1

表2　反應(yīng)時(shí)間對(duì)錳脫除效果的影響

時(shí)間/h	ρ(Mn2+)/mg/L	除錳率/%
1.0	0.995	63.1
1.5	0.794	70.6
2.0	0.328	87.9
2.5	0.325	87.9

(2)“濾渣1”的主要成分是________。

(3)H2O2溶液的作用是___________，已知“濾渣2”的主要成分是Fe(OH)3，則氧化鋅的作用是____________。“置換”實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式有Zn+Pb2+=Pb+Zn2+、_________。

(4)由鋅灰制取金屬鋅可采用堿溶解，然后電解浸取液，已知：ZnO溶于NaOH溶液中生成[Zn(OH)4]2，則陰極的電極反應(yīng)為____________________________________________。

(5)ZnCl2晶體溶解于飽和Na2CO3溶液中，得到6.46 g的堿式碳酸鋅[Znx(CO3)y(OH)z]，為了測(cè)定其組成，充分加熱分解，產(chǎn)生的氣體依次通入濃硫酸和堿石灰，質(zhì)量分別增重了0.72g和0.88g，則該堿式碳酸鋅的化學(xué)式為________________。

Answer 1

【答案】30℃ 2.0h MnO2 將Fe2+氧化為Fe3+ 調(diào)節(jié)pH將Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀除去 Zn+Cu2+=Zn2++Cu [Zn(OH)4]2+2e=Zn+4OH Zn3CO3(OH)4

【解析】

鋅灰(主要成分為ZnO、PbO、FeO、MnO2、CuO)加入稀鹽酸酸浸，MnO2不溶液于稀鹽酸，過濾后得到的濾渣1為MnO2，濾液中含有Zn2+、Fe2+、Cu2+、Pb2+等，加入H2O2可氧化溶液中的Fe2+生成Fe3+，發(fā)生H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O，加入ZnO調(diào)節(jié)溶液pH除去Fe3+，過濾后濾渣2為Fe(OH)3，濾液中含有等Zn2+、Cu2+、Pb2+等，加入Zn置換出Cu、Pb，經(jīng)過濾后濾液中主要含有Zn2+；

(1)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，確定“浸取”實(shí)驗(yàn)中，錳脫除效果最佳時(shí)反應(yīng)體系的溫度、反應(yīng)時(shí)間；

(2)酸浸時(shí)，鋅灰中ZnO、PbO、FeO、CuO均溶于稀鹽酸，而MnO2不溶于稀鹽酸；

(3)H2O2溶液有強(qiáng)氧化性，能氧化溶液中的Fe2+；Fe3+在溶液中易水解，加入ZnO能促進(jìn)Fe3+水解；在含有Cu2+、Pb2+的溶液中加入Zn，可置換出Cu和Pb；

(4)石墨作電極電解時(shí)，陽極氫氧根離子失電子，陰極上[Zn(OH)4]2-得電子；

(5)濃硫酸增重為分解生成水的質(zhì)量，堿石灰增重為分解得到二氧化碳的質(zhì)量，結(jié)合原子守恒計(jì)算碳酸根、氫氧根的物質(zhì)的量，再結(jié)合電荷守恒計(jì)算Zn2+的物質(zhì)的量，計(jì)算x、y、z的比例關(guān)系確定化學(xué)式。

(1)結(jié)合溫度、時(shí)間對(duì)錳脫除效果的影響數(shù)據(jù)，可知溫度為30℃、時(shí)間為2小時(shí)時(shí)除錳率最高，故答案為：30℃；2.0h；

(2)含MnO2的鋅灰用稀鹽酸溶解時(shí)，MnO2不溶于稀鹽酸，經(jīng)過濾可除去，即濾渣1為MnO2；

(3)向含有Zn2+、Fe2+、Cu2+、Pb2+的濾液中，加入H2O2可氧化溶液中的Fe2+生成Fe3+；向含Fe3+的溶液中加入ZnO，調(diào)節(jié)溶液pH，促進(jìn)Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀除去；在含有Cu2+、Pb2+的溶液中加入Zn，可置換出Cu和Pb，發(fā)生的離子反應(yīng)包括：Zn+Pb2+=Pb+Zn2+、Zn+Cu2+=Zn2++Cu，所以答案為：將Fe2+氧化為Fe3+；調(diào)節(jié)pH將Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀除去；Zn+Cu2+═Zn2++Cu；

(4)石墨作電極電解時(shí)，陽極氫氧根離子失電子生成O2，陰極上[Zn(OH)4]2-得電子生成Zn，則陰極的電極方程式為：[Zn(OH)4]2-+2e--=Zn+4OH-；

(5)濃硫酸增重為分解生成水的質(zhì)量，水的物質(zhì)的量為n(H2O)==0.04mol，則n(OH-)=0.08mol，堿石灰增重為分解得到CO2的質(zhì)量，CO2物質(zhì)的量為n(CO2)==0.02mol，則n(CO32-)=0.02mol，結(jié)合原子守恒，可知(Zn2+)=×(0.08mol+0.02mol×2)=0.06mol，則x：y：z=0.06：0.02：0.08=3：1：4，故該堿式碳酸鋅的化學(xué)式為：Zn3CO3(OH)4。