Question

3．鋅浮渣主要含Zn、ZnO、SiO₂、Fe²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺，又知Zn和Al，ZnO和Al₂O₃具有相似的性質．工業(yè)上常用鋅浮渣為原料通過控制條件逐一除去雜質以制備超細活性氧化鋅，其工藝流程如下：

（1）鋅浮渣利用硫酸浸出后，將濾渣1進行再次浸出，其目的是提高鋅元素的總浸出率． 該過程的反應方程式有Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O．
（2）凈化1是為了將Mn²⁺轉化為MnO₂而除去，寫出該反應的離子方程式：Mn²⁺+S₂O₈^2-+2H₂O=MnO₂↓+2SO₄^2-+4H⁺．
（3）90℃時，凈化2溶液中殘留鐵的濃度受pH影響如圖2所示．pH較小時，雖有利于Fe²⁺轉化為Fe³⁺，但殘留鐵的濃度仍高于pH為3～4時的原因是H⁺抑制Fe³⁺水解．
（4）濾渣3的主要成分為Cd（填化學式）．
（5）碳化在50℃進行，“前驅體”的化學式為ZnCO₃•2Zn（OH）2•H₂O，寫出碳化過程生成“前驅體”的化學方程式：3ZnSO₄+6NH₄HCO₃=ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O↓+3（NH₄）₂SO₄+5CO₂↑；碳化時所用NH₄HCO₃的實際用量為理論用量的1.1倍，其原因一是為了使Zn²⁺充分沉淀，二是碳酸氫銨受熱分解損失或NH₄HCO₃消耗H⁺，避免H⁺濃度過大溶解ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O．

Answer 1

分析 鋅浮渣主要含Zn、ZnO、SiO₂、Fe²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺，加入稀硫酸浸出過濾，得到濾渣Ⅰ為SiO₂ ，凈化Ⅰ加入（NH₄）₂S₂O₈溶液，PH=5.4是為了將Mn²⁺轉化為MnO₂而除去，過濾得到濾渣Ⅱ為MnO₂，濾液在加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，調節(jié)溶液PH沉淀鐵離子生成FeOOH，過濾得到濾液中加入鋅置換鉻，過濾得到的金屬位Cd，濾液中加入碳酸氫銨碳化，得到硫酸銨和二氧化碳及“前軀體”的化學式為ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，制備得到超細活性氧化鋅；
（1）濾渣Ⅰ進行再次浸出的目的是提高鋅元素的浸出率；鋅浮渣主要含Zn、ZnO、SiO₂、Fe²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺，加入稀硫酸浸出過濾發(fā)生的反應為：Zn、ZnO和硫酸發(fā)生的反應；
（2）（NH₄）₂S₂O₈溶液，PH=5.4是為了將Mn²⁺轉化為MnO₂而除去，發(fā)生氧化還原反應；
（3）依據(jù)鐵離子水解顯酸性分析，氫離子濃度大有利于抑制鐵離子的水解；
（4）上述分析可知濾渣3為被還原出的Cd；
（5）依據(jù)“前軀體”的化學式為ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，結合反應物為硫酸鋅和碳酸氫銨，利用原子守恒配平書寫化學方程，碳化時所用NH₄HCO₃的實際用量為理論用量的1.1倍，其原因一是為了使Zn²⁺充分沉淀，碳酸氫銨受熱分解損失．

解答 解：由工業(yè)生產流程可知，鋅浮渣主要含Zn、ZnO、SiO₂、Fe²⁺、Cd²⁺、Mn²⁺，加入稀硫酸浸出過濾，得到濾渣Ⅰ為SiO₂ ，凈化Ⅰ加入（NH₄）₂S₂O₈溶液，PH=5.4是為了將Mn²⁺轉化為MnO₂而除去，過濾得到濾渣Ⅱ為MnO₂，濾液在加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，調節(jié)溶液PH沉淀鐵離子生成FeOOH，過濾得到濾液中加入鋅置換鉻，過濾得到的金屬位Cd，濾液中加入碳酸氫銨碳化，得到硫酸銨和二氧化碳及“前軀體”的化學式為ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，制備得到超細活性氧化鋅；
（1）鋅浮渣利用硫酸浸出后，濾渣Ⅰ進行再次浸出的目的是提高鋅元素的浸出率，Zn、ZnO和硫酸發(fā)生的反應的化學方程式為：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O
故答案為：提高鋅元素的總浸出率；Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O；
（2）（NH₄）₂S₂O₈溶液具有氧化性，在PH=5.4時是為了將Mn²⁺轉化為MnO₂而除去，發(fā)生氧化還原反應，反應的離子方程式為：Mn²⁺+S₂O₈^2-+2H₂O=MnO₂↓+2SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：Mn²⁺+S₂O₈^2-+2H₂O=MnO₂↓+2SO₄^2-+4H⁺；
（3）90℃時，凈化2溶液中殘留鐵的濃度受pH影響如圖2pH值較小時，雖有利于Fe²⁺轉化為Fe³⁺，但殘留鐵的濃度仍高于pH為3～4時的原因是，依據(jù)鐵離子水解顯酸性可知，氫離子濃度大有利于抑制鐵離子的水解；
故答案為：H⁺抑制Fe³⁺水解；
（4）上述分析可知發(fā)生Zn+Cd²⁺=Zn²⁺+Cd，濾渣3為被還原出的Cd，故答案為：Cd；
（5）“前軀體”的化學式為ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，結合反應物為硫酸鋅和碳酸氫銨，濾液中加入碳酸氫銨碳化，得到硫酸銨和二氧化碳及“前軀體”的化學式為ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，利用原子守恒配平書寫化學方程為：3ZnSO₄+6NH₄HCO₃=ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O↓+3（NH₄）₂SO₄+5CO₂↑，碳化時所用NH₄HCO₃的實際用量為理論用量的1.1倍，其原因一是為了使Zn²⁺充分沉淀，碳酸氫銨受熱分解損失或NH₄HCO₃消耗H⁺，避免H⁺濃度過大溶解ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O，
故答案為：3ZnSO₄+6NH₄HCO₃=ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O↓+3（NH₄）₂SO₄+5CO₂↑；碳酸氫銨受熱分解損失或NH₄HCO₃消耗H⁺，避免H⁺濃度過大溶解ZnCO₃•2Zn（OH）₂•H₂O．

點評 本題考查了物質提純和分離的工業(yè)制備流程分析判斷，實驗過程的分析應用，主要是物質性質的理解應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．