Question

【題目】氧化鋅工業品廣泛應用于橡膠、涂料、陶瓷、化工、醫藥、玻璃和電子等行業，隨著工業的飛速發展，我國對氧化鋅的需求量日益增加，成為國民經濟建設中不可缺少的重要基礎化工原料和新型材料。用工業含鋅廢渣(主要成分為ZnO，還含有鐵、鋁、銅的氧化物，Mn2+、Pb2+、Cd2+等)制取氧化鋅的工藝流程如圖所示：

已知：相關金屬離子c(Mn+)=0.1mol/L生成氫氧化物沉淀的pH如下表所示：

	Fe3+	Fe2+	Al3+	Mn2+	Zn2+	Cu2+	Cd2+
開始沉淀	1.5	6.3	3.4	8.1	6.2	6.0	7.4
沉淀完全	2.8	8.3	4.7	10.1	8.2	8.0	9.4

回答下列問題:

(1)為保證鋅渣酸浸的充分，先保持酸過量，且c(H+)=0.5mol/L左右。寫出一種加快鋅渣浸出的方法：_______________

(2)為調節溶液的pH，則試劑X為__________________(填化學式)，且調節溶液pH的范圍是____________

(3)除雜時加入高錳酸鉀的作用是_______________，發生反應的離子方程式為_____________

(4)“過濾”所得濾渣的主要成分是_____________________(填化學式)

(5)寫出“碳化合成”的化學方程式：_____________________;“碳化合成”過程需純堿稍過量，請設計實驗方案證明純堿過量：_____________________

Answer 1

【答案】加熱、將鋅渣粉碎、攪拌、適當增大硝酸的濃度等 ZnO、ZnCO3或Zn(OH)2 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 =ZnCO32Zn(OH)2H2O↓+2CO2↑+6NaNO3

或3Zn(NO3)2+5Na2CO3+5H2O=ZnCO32Zn(OH)2H2O↓+4NaHCO3+6NaNO3 靜置，取上層清液少許于試管中，往試管中繼續滴加碳酸鈉溶液，若無沉淀產生，則純堿過量

【解析】

（1）加快鋅渣浸出可根據增大反應物接觸面積、升高溫度、增大反應物濃度的角度分析；

（2）根據除雜的同時不要摻入新的雜質考慮，根據流程及表中的數據，確定pH的范圍；

（3）除雜時加入高錳酸鉀的作用是將Mn2+轉化為MnO2沉淀，除去Mn2+；

（4）由（2）、（3）可知“過濾”所得的濾渣；

（5）“碳化合成”時加入碳酸鈉，產物為ZnCO32Zn(OH)2H2O，以此寫出化學方程式；若碳酸鈉不足，檢驗溶液中的Zn2+，若碳酸鈉過量，用鹽酸檢驗溶液中的CO32-；

（1）酸浸的主要目的是將ZnO等物質與硝酸反應，為加快反應速率，可采取的措施有加熱、將鋅渣粉碎、攪拌、適當增大硝酸的濃度等；

（2）加入試劑X的目的為調節溶液的pH，使Fe3+、Al3+生成沉淀除去，為不引入新的雜質，可加入ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2等，根據流程及表中的數據，需調節pH的范圍為4.7≤pH<6.0；

（3）加入高錳酸鉀的作用是將Mn2+轉化為MnO2沉淀，除去Mn2+，反應的離子方程式為2MnO4-+ 3Mn2++ 2H2O =5 MnO2↓+4H+；

（4）由（2）、（3）可知“過濾”所得的濾渣的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2；

（5）“碳化合成”時加入碳酸鈉，產物為ZnCO32Zn(OH)2H2O，反應的化學方程式為：

3Zn(NO3)2+3Na2CO3+3H2O =ZnCO32Zn(OH)2H2O↓+2CO2↑+6NaNO3

或3Zn(NO3)2+5Na2CO3+5H2O=ZnCO32Zn(OH)2H2O↓+4NaHCO3+6NaNO3；若碳酸鈉過量，則沉淀后的溶液中有碳酸根離子，檢查碳酸根離子的方法是：靜置，取上層清液少許于試管中，往試管中繼續滴加碳酸鈉溶液，若無沉淀產生，則純堿過量。