Question

【题目】工业上常以闪锌矿（主要成分ZnS，含Fe、Cu、Cd等元素的杂质）为原料，通过火法或湿法炼锌，两种方法都是先将闪锌矿焙烧得到以ZnO为主要成分的焙砂，再分别制得锌。具体流程如下：

已知：

	Fe3+	Zn2+	Cu2+	Fe2+	Cd2+
开始沉淀的pH	1.1	5.9	4.7	7.6	6.9
沉淀完全的pH	3.2	8.1	6.7	9.6	9.7

(1)火法炼锌涉及的主要反应：

2C(s) + O2(g) = 2CO(g) H=﹣220 kJ· mol-1

2ZnS(s) + 3O2(g) = 2ZnO(s) + 2SO2(g) H=﹣930 kJ· mol-1

ZnO(s) + CO(g) = Zn(g) + CO2(g) H= +198 kJ· mol-1

则ZnS(s) + 2O2(g) + C(s) = Zn(g) +CO2(g) + SO2(g) 的H=_______________。

(2)湿法炼锌工艺中加入双氧水的目的是____________，调节pH的范围是________，滤渣1的成分是___________（写化学式），滤渣2的成分是___________（写化学式）。

(3)含锌废液是造成环境污染的重要原因之一。

①已知氢氧化锌和氢氧化铝性质相似。向电解后废液中加入稍过量的KOH溶液（假设其他物质不与碱反应），发生反应的离子方程式是_______________。

②一种生产锌的新技术碱浸—电解法的原理是：将ZnO溶于KOH溶液得到四羟基合锌酸钾[K2Zn(OH)4]溶液，再电解该溶液即获得金属锌。用石墨电极电解时阴极的反应式是___________。

Answer 1

【答案】﹣377 kJ· mol-1 氧化Fe2+生成Fe3+，便于形成沉淀除去 3.2 ≤ pH <5.9（或3.2 ≤ pH <4.7） Fe(OH)3、Cu(OH)2(对应后一个答案填Fe(OH)3) Cu、Zn、Cd Zn2++2OH-═Zn（OH）2↓、Zn（OH）2+2OH- ═[Zn（OH）4]2-或Zn2+ + 4OH- = [Zn(OH)4]2- [Zn(OH)4]2- + 2e- = Zn + 4OH-

【解析】

流程的目的是分别用湿法和火法,以闪锌矿（主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素杂质）为原料冶炼锌单质，两种方法均先将闪锌矿加热焙烧，得到以ZnO为主要成分的焙砂，再分别经过两条路线得到单质锌，同时得到副产品。分析火法流程，ZnO和焦炭在1373K～1573K时反应，发生氧化还原反应，主要制得Zn（g）、Cd（g）和残渣，残渣则主要是Fe和Cu，将Zn（g）和Cd（g）冷凝得到粗锌和粗镉，经蒸馏得到99.9%的锌；

湿法流程，将ZnO用硫酸溶解制得溶液I，此时溶液中还含有Cu2+，Fe2+，Cd2+等，加入H2O2溶液氧化Fe2+为Fe3+，调节溶液pH，过滤可以将溶液和不溶于硫酸的残渣分离，可除去Fe3+，用Zn置换出溶液Ⅱ中的杂质元素Cd2+和Cu2+，同时可增加溶液中Zn的产量，通过过滤操作分离出的滤渣主要为Cd和Cu，溶液中主要含有Zn2+，再电解溶液制得99.99%的锌，以此解答该题。

（1）①2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H1=-220kJmol-1

②2ZnS（s）+3O2（g）═2ZnO（s）+2SO2（g）△H2=-930kJmol-1

③ZnO（s）+CO（g）═Zn（g）+CO2（g）△H3=198kJmol-1

将方程式

(①+②+ 2③)/2 得ZnS（s）+C（s）+2O2（g）═Zn（g）+CO2（g）+2SO2（g），△H4=(-220-930+2x198)/2=-377.0kJ/mol ；

（2）加入H2O2溶液氧化Fe2+为Fe3+，调节溶液pH，过滤可以将溶液和不溶于硫酸的残渣分离，可除去Fe3+，生成Fe（OH）3，由表中数据可知pH应3.2 ≤ pH <5.9（或3.2 ≤ pH <4.7），如果3.2 ≤ pH <5.9这时一部分Cu(OH)2也会析出，对应的滤渣1的成分是 Fe(OH)3、Cu(OH)2如果pH3.2 ≤ pH <4.7,对应的滤渣1的成分是 Fe(OH)3用Zn置换出溶液Ⅱ中的杂质元素Cd2+和Cu2+，得到滤渣2为Zn、Cd、Cu；

（3）①已知氢氧化锌和氢氧化铝性质相似。向电解后废液中加入过量的KOH溶液，反应的离子方程式为Zn2++2OH-═Zn（OH）2↓、Zn（OH）2+2OH- ═[Zn（OH）4]2-或Zn2+ + 4OH- = [Zn(OH)4]2-；

②阴极发生还原反应，电极反应式为[Zn（OH）4]2-+2e-=Zn+4OH-。