Question

【题目】利用工业炼铅产生的锌灰(主要成分为ZnO、PbO、FeO、MnO2、CuO)可回收制备ZnCl2，工艺流程如下：

回答下列问题

(1)“浸取”实验中，反应体系的温度、反应时间对锰脱除效果的影响如下表，则适合的温度和反应时间分别是________、________。

表1　温度对锰脱除效果的影响

温度/℃	ρ(Mn2+)/mg/L	除锰率/%
10	0.325	87.9
30	0.341	89.5
50	0.424	84.3
70	0.646	76.1

表2　反应时间对锰脱除效果的影响

时间/h	ρ(Mn2+)/mg/L	除锰率/%
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)“滤渣1”的主要成分是________。

(3)H2O2溶液的作用是___________，已知“滤渣2”的主要成分是Fe(OH)3，则氧化锌的作用是____________。“置换”实验中发生反应的离子方程式有Zn+Pb2+=Pb+Zn2+、_________。

(4)由锌灰制取金属锌可采用碱溶解，然后电解浸取液，已知：ZnO溶于NaOH溶液中生成[Zn(OH)4]2，则阴极的电极反应为____________________________________________。

(5)ZnCl2晶体溶解于饱和Na2CO3溶液中，得到6.46 g的碱式碳酸锌[Znx(CO3)y(OH)z]，为了测定其组成，充分加热分解，产生的气体依次通入浓硫酸和碱石灰，质量分别增重了0.72g和0.88g，则该碱式碳酸锌的化学式为________________。

Answer 1

【答案】30℃ 2.0h MnO2 将Fe2+氧化为Fe3+ 调节pH将Fe3+转化为沉淀除去 Zn+Cu2+=Zn2++Cu [Zn(OH)4]2+2e=Zn+4OH Zn3CO3(OH)4

【解析】

锌灰(主要成分为ZnO、PbO、FeO、MnO2、CuO)加入稀盐酸酸浸，MnO2不溶液于稀盐酸，过滤后得到的滤渣1为MnO2，滤液中含有Zn2+、Fe2+、Cu2+、Pb2+等，加入H2O2可氧化溶液中的Fe2+生成Fe3+，发生H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O，加入ZnO调节溶液pH除去Fe3+，过滤后滤渣2为Fe(OH)3，滤液中含有等Zn2+、Cu2+、Pb2+等，加入Zn置换出Cu、Pb，经过滤后滤液中主要含有Zn2+；

(1)根据表格中数据，确定“浸取”实验中，锰脱除效果最佳时反应体系的温度、反应时间；

(2)酸浸时，锌灰中ZnO、PbO、FeO、CuO均溶于稀盐酸，而MnO2不溶于稀盐酸；

(3)H2O2溶液有强氧化性，能氧化溶液中的Fe2+；Fe3+在溶液中易水解，加入ZnO能促进Fe3+水解；在含有Cu2+、Pb2+的溶液中加入Zn，可置换出Cu和Pb；

(4)石墨作电极电解时，阳极氢氧根离子失电子，阴极上[Zn(OH)4]2-得电子；

(5)浓硫酸增重为分解生成水的质量，碱石灰增重为分解得到二氧化碳的质量，结合原子守恒计算碳酸根、氢氧根的物质的量，再结合电荷守恒计算Zn2+的物质的量，计算x、y、z的比例关系确定化学式。

(1)结合温度、时间对锰脱除效果的影响数据，可知温度为30℃、时间为2小时时除锰率最高，故答案为：30℃；2.0h；

(2)含MnO2的锌灰用稀盐酸溶解时，MnO2不溶于稀盐酸，经过滤可除去，即滤渣1为MnO2；

(3)向含有Zn2+、Fe2+、Cu2+、Pb2+的滤液中，加入H2O2可氧化溶液中的Fe2+生成Fe3+；向含Fe3+的溶液中加入ZnO，调节溶液pH，促进Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀除去；在含有Cu2+、Pb2+的溶液中加入Zn，可置换出Cu和Pb，发生的离子反应包括：Zn+Pb2+=Pb+Zn2+、Zn+Cu2+=Zn2++Cu，所以答案为：将Fe2+氧化为Fe3+；调节pH将Fe3+转化为沉淀除去；Zn+Cu2+═Zn2++Cu；

(4)石墨作电极电解时，阳极氢氧根离子失电子生成O2，阴极上[Zn(OH)4]2-得电子生成Zn，则阴极的电极方程式为：[Zn(OH)4]2-+2e--=Zn+4OH-；

(5)浓硫酸增重为分解生成水的质量，水的物质的量为n(H2O)==0.04mol，则n(OH-)=0.08mol，碱石灰增重为分解得到CO2的质量，CO2物质的量为n(CO2)==0.02mol，则n(CO32-)=0.02mol，结合原子守恒，可知(Zn2+)=×(0.08mol+0.02mol×2)=0.06mol，则x：y：z=0.06：0.02：0.08=3：1：4，故该碱式碳酸锌的化学式为：Zn3CO3(OH)4。