Question

【题目】氧化锌工业品广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷、化工、医药、玻璃和电子等行业，随着工业的飞速发展，我国对氧化锌的需求量日益增加，成为国民经济建设中不可缺少的重要基础化工原料和新型材料。用工业含锌废渣(主要成分为ZnO，还含有铁、铝、铜的氧化物，Mn2＋、Pb2＋、Cd2＋等)制取氧化锌的工艺流程如图所示：

已知：相关金属离子[c(Mn＋)＝0.1 mol/L]生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：

回答下列问题：

(1)为保证锌渣酸浸的充分，先保持酸过量，且c(H＋)＝0.5 mol/L左右。写出一种加快锌渣浸出的方法：_____________________________________

(2)为调节溶液的pH，则试剂X为________(填化学式)，且调节溶液pH的范围是________。

(3)除杂时加入高锰酸钾的作用是___________，发生反应的离子方程式为_______________。

(4)“过滤”所得滤渣的主要成分是___________ (填化学式)。

(5)写出“碳化合成”的化学方程式：_________________________________；“碳化合成”过程需纯碱稍过量，请设计实验方案证明纯碱过量：_________________________________

Answer 1

【答案】将锌渣粉碎、加热、适当增大硝酸浓度、搅拌等 ZnO［或Zn(OH)2或ZnCO3］ 4.7≤pH＜6.0 除去Mn2+ 2MnO4－+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+ Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2 3Zn(NO3)2+3Na2CO3+3H2O=ZnCO3 2Zn(OH)2H2O↓+2CO2↑+6NaNO3［或3Zn(NO3)2+5Na2CO3+5H2O= ZnCO3 2Zn(OH)2H2O↓+4NaHCO3+6NaNO3］ 静置，取少许上层清液继续滴加纯碱溶液，若无沉淀产生，则证明纯碱过量（或静置，取少许上层清液滴加CaCl2溶液，若有白色沉淀产生，则证明纯碱过量）

【解析】

（1）根据增大固体反应物接触面积，升高温度，增大反应物浓度等角度分析；

（2）根据除杂的同时不要掺入新的杂质考虑；根据流程及表中数据，确定pH的范围；

（3）加入高锰酸钾的作用是将Mn2+转化为MnO2沉淀，除去Mn2+；

（4）由（2）、（3）知“过滤”所得滤渣；

（5）“碳化合成”时加入Na2CO3，产物为ZnCO3 2Zn(OH)2H2O，写出化学方程式；

（6）若Na2CO3不足，检验溶液中的Zn2+；Na2CO3过量时，可检验溶液中的CO32-；

（1）酸浸的主要目的是将ZnO等物质与硝酸反应，为加快反应速率，可采取的方法有加热、将将锌渣粉碎、加热、适当增大硝酸浓度、搅拌等；

答案：将锌渣粉碎、加热、适当增大硝酸浓度、搅拌等

（2）加入试剂X的目的是调节溶液的pH，使Fe3+、Al3+生成沉淀除去，为不引入新的杂质离子，可加入ZnO、Zn(OH)2、ZnCO3等，根据流程及表中数据，需调节pH的范围为4.7≤pH＜6.0；

答案：4.7≤pH＜6.0

（3）加入高锰酸钾的作用是将Mn2+转化为MnO2沉淀，除去Mn2+，反应的离子方程式为2MnO4－+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+；

答案：除去Mn2+ 2MnO4－+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+

（4）由（2）、（3）知，“过滤”所得滤渣的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2；

答案：Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2

（5）“碳化合成”时加入Na2CO3，产物为ZnCO3 2Zn(OH)2H2O，反应的化学方程式为3Zn(NO3)2+3Na2CO3+3H2O=ZnCO3 2Zn(OH)2H2O↓+2CO2↑+6NaNO3［或3Zn(NO3)2+5Na2CO3+5H2O= ZnCO3 2Zn(OH)2H2O↓+4NaHCO3+6NaNO3］；

答案：3Zn(NO3)2+3Na2CO3+3H2O=ZnCO3 2Zn(OH)2H2O↓+2CO2↑+6NaNO3［或3Zn(NO3)2+5Na2CO3+5H2O= ZnCO3 2Zn(OH)2H2O↓+4NaHCO3+6NaNO3］

（6）若Na2CO3不足时，溶液中还有Zn(NO3)2，继续滴加Na2CO3溶液，有沉淀产生；Na2CO3过量时，可检验溶液中的CO32-；

答案：静置，取少许上层清液继续滴加纯碱溶液，若无沉淀产生，则证明纯碱过量（或静置，取少许上层清液滴加CaCl2溶液，若有白色沉淀产生，则证明纯碱过量）