Question

3．锌浮渣主要含Zn、ZnO、SiO₂、Fe²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺，又知Zn和Al，ZnO和Al₂O₃具有相似的性质．工业上常用锌浮渣为原料通过控制条件逐一除去杂质以制备超细活性氧化锌，其工艺流程如下：

（1）锌浮渣利用硫酸浸出后，将滤渣1进行再次浸出，其目的是提高锌元素的总浸出率． 该过程的反应方程式有Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O．
（2）净化1是为了将Mn²⁺转化为MnO₂而除去，写出该反应的离子方程式：Mn²⁺+S₂O₈^2-+2H₂O=MnO₂↓+2SO₄^2-+4H⁺．
（3）90℃时，净化2溶液中残留铁的浓度受pH影响如图2所示．pH较小时，虽有利于Fe²⁺转化为Fe³⁺，但残留铁的浓度仍高于pH为3～4时的原因是H⁺抑制Fe³⁺水解．
（4）滤渣3的主要成分为Cd（填化学式）．
（5）碳化在50℃进行，“前驱体”的化学式为ZnCO₃•2Zn（OH）2•H₂O，写出碳化过程生成“前驱体”的化学方程式：3ZnSO₄+6NH₄HCO₃=ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O↓+3（NH₄）₂SO₄+5CO₂↑；碳化时所用NH₄HCO₃的实际用量为理论用量的1.1倍，其原因一是为了使Zn²⁺充分沉淀，二是碳酸氢铵受热分解损失或NH₄HCO₃消耗H⁺，避免H⁺浓度过大溶解ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O．

Answer 1

分析 锌浮渣主要含Zn、ZnO、SiO₂、Fe²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺，加入稀硫酸浸出过滤，得到滤渣Ⅰ为SiO₂ ，净化Ⅰ加入（NH₄）₂S₂O₈溶液，PH=5.4是为了将Mn²⁺转化为MnO₂而除去，过滤得到滤渣Ⅱ为MnO₂，滤液在加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液PH沉淀铁离子生成FeOOH，过滤得到滤液中加入锌置换铬，过滤得到的金属位Cd，滤液中加入碳酸氢铵碳化，得到硫酸铵和二氧化碳及“前躯体”的化学式为ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，制备得到超细活性氧化锌；
（1）滤渣Ⅰ进行再次浸出的目的是提高锌元素的浸出率；锌浮渣主要含Zn、ZnO、SiO₂、Fe²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺，加入稀硫酸浸出过滤发生的反应为：Zn、ZnO和硫酸发生的反应；
（2）（NH₄）₂S₂O₈溶液，PH=5.4是为了将Mn²⁺转化为MnO₂而除去，发生氧化还原反应；
（3）依据铁离子水解显酸性分析，氢离子浓度大有利于抑制铁离子的水解；
（4）上述分析可知滤渣3为被还原出的Cd；
（5）依据“前躯体”的化学式为ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，结合反应物为硫酸锌和碳酸氢铵，利用原子守恒配平书写化学方程，碳化时所用NH₄HCO₃的实际用量为理论用量的1.1倍，其原因一是为了使Zn²⁺充分沉淀，碳酸氢铵受热分解损失．

解答 解：由工业生产流程可知，锌浮渣主要含Zn、ZnO、SiO₂、Fe²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺，加入稀硫酸浸出过滤，得到滤渣Ⅰ为SiO₂ ，净化Ⅰ加入（NH₄）₂S₂O₈溶液，PH=5.4是为了将Mn²⁺转化为MnO₂而除去，过滤得到滤渣Ⅱ为MnO₂，滤液在加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液PH沉淀铁离子生成FeOOH，过滤得到滤液中加入锌置换铬，过滤得到的金属位Cd，滤液中加入碳酸氢铵碳化，得到硫酸铵和二氧化碳及“前躯体”的化学式为ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，制备得到超细活性氧化锌；
（1）锌浮渣利用硫酸浸出后，滤渣Ⅰ进行再次浸出的目的是提高锌元素的浸出率，Zn、ZnO和硫酸发生的反应的化学方程式为：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O
故答案为：提高锌元素的总浸出率；Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O；
（2）（NH₄）₂S₂O₈溶液具有氧化性，在PH=5.4时是为了将Mn²⁺转化为MnO₂而除去，发生氧化还原反应，反应的离子方程式为：Mn²⁺+S₂O₈^2-+2H₂O=MnO₂↓+2SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：Mn²⁺+S₂O₈^2-+2H₂O=MnO₂↓+2SO₄^2-+4H⁺；
（3）90℃时，净化2溶液中残留铁的浓度受pH影响如图2pH值较小时，虽有利于Fe²⁺转化为Fe³⁺，但残留铁的浓度仍高于pH为3～4时的原因是，依据铁离子水解显酸性可知，氢离子浓度大有利于抑制铁离子的水解；
故答案为：H⁺抑制Fe³⁺水解；
（4）上述分析可知发生Zn+Cd²⁺=Zn²⁺+Cd，滤渣3为被还原出的Cd，故答案为：Cd；
（5）“前躯体”的化学式为ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，结合反应物为硫酸锌和碳酸氢铵，滤液中加入碳酸氢铵碳化，得到硫酸铵和二氧化碳及“前躯体”的化学式为ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，利用原子守恒配平书写化学方程为：3ZnSO₄+6NH₄HCO₃=ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O↓+3（NH₄）₂SO₄+5CO₂↑，碳化时所用NH₄HCO₃的实际用量为理论用量的1.1倍，其原因一是为了使Zn²⁺充分沉淀，碳酸氢铵受热分解损失或NH₄HCO₃消耗H⁺，避免H⁺浓度过大溶解ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，
故答案为：3ZnSO₄+6NH₄HCO₃=ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O↓+3（NH₄）₂SO₄+5CO₂↑；碳酸氢铵受热分解损失或NH₄HCO₃消耗H⁺，避免H⁺浓度过大溶解ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O．

点评 本题考查了物质提纯和分离的工业制备流程分析判断，实验过程的分析应用，主要是物质性质的理解应用，掌握基础是关键，题目难度中等．