Question

【題目】鈷和鋅是重要的有色金屬，其單質及化合物被廣泛用于國民經濟各個領域。一種從有機廢催化劑中回收鈷和鋅的工藝流程如下：

已知：“浸出”后溶液中含有Co2＋、Zn2＋、Mn2＋、Fe2＋、Fe3＋等。請回答：

(1)“煅燒”的目的為______________________________。

(2)“凈化”時，與KMnO4發生反應的所有離子方程式有_____________________________。

(3)“沉鈷”時，發生如下反應：(NH4)2S2O8＋H2O→NH4HSO4＋H2O2；H2O2→H2O＋O；···········；Co3＋＋H2O→Co(OH)3＋H＋。所缺的化學方程式為______________________________；每生成1 molCo(OH)3，理論上消耗(NH4)2S2O8的物質的量為__________。

(4)Co(OH)3沉淀應依次用稀硫酸和水洗滌，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是____________。

(5)“沉鈷”時pH不能太高，其原因為______________________________；“沉鋅”時溫度不能太高，其原因為________________________________________。

(6)取“沉鋅”后所得固體34.1g，煅燒后得到固體24.3g，將生成的氣體通過足量的濃硫酸，增重5.4g。則所得固體的化學式為____________。

Answer 1

【答案】除去其中的有機物(或將金屬元素轉化為氧化物，有利于后續浸出，合理即可) MnO4-+3Fe2++7H2O=MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+、3Mn2++2MnO4-+2H2O=5MnO2↓+4H+ 2Co2++O+2H+=2Co3++H2O 0.5mol 取最后一次洗滌液少許于試管中，向其加入氯化鋇溶液，沒有白色沉淀生成，證明洗滌干凈 防止Zn2+提前沉淀 防止NH4HCO3熱分解 ZnCO32Zn(OH)2H2O

【解析】

將廢催化劑高溫煅燒，將有機廢催化劑中的有機物除去，并將金屬元素轉化為金屬氧化物，用硫酸對煅燒產物進行酸浸，pH控制在1~5，得到含有Co2＋、Zn2＋、Mn2＋、Fe2＋、Fe3＋的浸出液，調節溶液pH值為5~5.2，加入高錳酸鉀將Mn2＋、Fe2＋氧化并轉化為Fe(OH)3和MnO2除去，再次調節溶液pH值為4.5，加入(NH4)2S2O8將Co2＋氧化為Co3＋并轉化為Co(OH)3沉淀除去，調節pH值為8，加入碳酸氫銨使鋅離子轉化為ZnCO3xZn(OH)2yH2O沉淀，據此分析解答。

(1)“煅燒”可以除去其中的有機物，同時可將金屬元素轉化為金屬氧化物，有利于后續浸出；

(2)“凈化”時，加入KMnO4的目的是除去溶液中的Fe2+和Mn2+，反應的離子方程式為：MnO4-+3Fe2+ +7H2O= MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+、3Mn2++2MnO4-+2H2O=5MnO2↓+4H+；

(3)從流程中可以看出，“沉鈷”時，(NH4)2S2O8為氧化劑，因此除去的是Co2＋，結合所給反應過程，缺少將Co2＋轉化為Co3＋的反應，則可得所缺的化學方程式為2Co2++O+2H+=2Co3++H2O；根據電荷守恒可得，(NH4)2S2O8~H2O2~O~2Co3+~ 2Co(OH)3，每生成1mol Co(OH)3理論上消耗(NH4)2S2O8的物質的量為0.5mol；

(4) Co(OH)3沉淀應依次用稀硫酸和水洗滌，檢驗Co(OH)3沉淀是否洗滌干凈，也就是檢驗是否含有硫酸根離子，可取取最后一次洗滌液少許于試管中，向其加入氯化鋇溶液，沒有白色沉淀生成，證明洗滌干凈；

(5)“沉鈷”時pH不能太高，防止Zn2+提前沉淀；“沉鋅”時，加入NH4HCO3，銨鹽受熱易分解，溫度不能太高，防止NH4HCO3熱分解；

(6)取“沉鋅”后所得固體34.1g，煅燒后得到固體24.3g，將生成的氣體通過足量的濃硫酸，增重5.4g，增重的質量為水，根據質量守恒，煅燒生成的CO2氣體的物質的量為=0.1mol，根據元素守恒可知ZnCO3xZn(OH)2yH2O為0.1mol，煅燒后生成的ZnO的物質的量為=0.3mol，根據Zn元素守恒，0.1mol+0.1molx=0.3mol，則x=2，生成水的物質的量為=0.3mol，根據氫元素守恒，0.1mol×2×2+0.1mol×2y=0.3mol×2，則y=1，則所得固體的化學式為ZnCO32Zn(OH)2H2O。