Question

10．以炼锌烟尘（主要成份为ZnO，含少量CuO和FeO）为原料，可以制取氧化锌和金属锌．
Ⅰ．制取氧化锌主要工艺如图1：

表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为l.0mol/L计算）．

金属离子	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Zn2+	5.2	6.4
Fe2+	5.8	8.8

（1）为了加快反应，“酸溶”需要适当加热，但温度不宜太高，原因是减少盐酸挥发．
（2）加入H₂O₂溶液发生反应的离子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）流程图中，为了降低溶液的酸度，调节pH范围为3.2≤PH＜5.2；若试剂X为Zn₂（OH）₂CO₃，加入X除杂质的离子方程式为3Zn₂（OH）₂CO₃+4Fe³⁺+3H₂O=4Fe（OH）₃↓+6Zn²⁺+3CO₂↑．
（4）已知，室温下，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，当pH=3时，溶液中c（Fe³⁺）为4.0×10^-5．从ZnCl₂溶液中提取无水ZnCl₂的方法是在氯化氢气体，蒸干氯化锌溶液并加热至失去结晶水．
Ⅱ．制取金属锌采用碱溶解ZnO（s）+2NaOH （aq）+H₂O═Na₂[Zn（OH）₄]（aq），然后电解浸取液．
（5）如图2，炼锌烟尘采用碱溶，而不采用酸溶后电解，主要原因是氧化铜、氧化亚铁不溶于碱溶液中．
（6）以石墨作电极电解时，阳极产生的气体为O₂；阴极的电极反应为[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-．

Answer 1

分析 炼锌烟尘（主要成份为ZnO，含少量CuO和FeO）加盐酸溶解，形成氯化锌、氯化铜、氯化亚铁的溶液，加锌粉置换出Cu，过滤，沉淀A为Cu，滤液中含有锌离子和亚铁离子，加入过氧化氢把亚铁离子氧化为铁离子，再加Zn₂（OH）₂CO₃，调节pH，使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤除去沉淀，得到氯化锌溶液，
炼锌烟尘（主要成份为ZnO，含少量CuO和FeO）加氢氧化钠溶解：ZnO+2NaOH+H₂O═Na₂[Zn（OH）₄]，过滤，电解Na₂[Zn（OH）₄]，溶液，阳极氢氧根离子失电子生成氧气与水阳极反应为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，气体X为氧气，阴极上[Zn（OH）₄]^2-得电子生成Zn与氢氧根离子，则阴极的电极方程式为：[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-，据此分析解答．

解答 解：（1））“酸溶”后，形成氯化锌、氯化铜、氯化亚铁的溶液，适当加热，加速酸浸速率，温度过高，盐酸挥发，离子的浸出率不高；
故答案为：减少盐酸挥发；
（2）加过氧化氢亚铁离子氧化为铁离子，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）调节pH使铁离子转化为沉淀，而锌离子不沉淀，由表中数据可知pH≥3.2时，铁离子完全沉淀，而锌离子开始沉淀的pH为5.2，所以要调节pH为3.2≤pH＜5.2；若试剂X为Zn₂（OH）₂CO₃，调节pH，使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，反应为：3Zn₂（OH）₂CO₃+4Fe³⁺+3H₂O=4Fe（OH）₃↓+6Zn²⁺+3CO₂↑；
故答案为：3.2≤PH＜5.2；3Zn₂（OH）₂CO₃+4Fe³⁺+3H₂O=4Fe（OH）₃↓+6Zn²⁺+3CO₂↑；
（4）室温下，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，当pH=3时，c（OH^-）=4.0×10^-11，溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=4.0×10^-5；锌离子水解，从ZnCl₂溶液中提取无水ZnCl₂，为抑制其水解，在氯化氢气体，蒸干氯化锌溶液并加热至失去结晶水；
故答案为：4.0×10^-5；在氯化氢气体，蒸干氯化锌溶液并加热至失去结晶水；
（5）ZnO能溶液强碱溶液，CuO和FeO不溶于碱溶液，酸溶液与ZnO、CuO、FeO均能反应，所以炼锌烟尘采用碱溶，而不采用酸溶后电解；
故答案为：氧化铜、氧化亚铁不溶于碱溶液中；
（6）石墨作电极电解时，阳极氢氧根离子失电子生成氧气与水阳极反应为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，气体X为氧气；阴极上[Zn（OH）₄]^2-得电子生成Zn与氢氧根离子，则阴极的电极方程式为：[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-；
故答案为：O₂；[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-．

点评 本题考查物质的制备工艺流程，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算、电解原理的应用等知识点，是对学生综合能力考查，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等