Question

【題目】工業(yè)上常以閃鋅礦（主要成分ZnS，含Fe、Cu、Cd等元素的雜質）為原料，通過火法或濕法煉鋅，兩種方法都是先將閃鋅礦焙燒得到以ZnO為主要成分的焙砂，再分別制得鋅。具體流程如下：

已知：

	Fe3+	Zn2+	Cu2+	Fe2+	Cd2+
開始沉淀的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)火法煉鋅涉及的主要反應：

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

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

(2)濕法煉鋅工藝中加入雙氧水的目的是____________，調節(jié)pH的范圍是________，濾渣1的成分是___________（寫化學式），濾渣2的成分是___________（寫化學式）。

(3)含鋅廢液是造成環(huán)境污染的重要原因之一。

①已知氫氧化鋅和氫氧化鋁性質相似。向電解后廢液中加入稍過量的KOH溶液（假設其他物質不與堿反應），發(fā)生反應的離子方程式是_______________。

②一種生產鋅的新技術堿浸—電解法的原理是：將ZnO溶于KOH溶液得到四羥基合鋅酸鉀[K2Zn(OH)4]溶液，再電解該溶液即獲得金屬鋅。用石墨電極電解時陰極的反應式是___________。

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(對應后一個答案填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】

流程的目的是分別用濕法和火法,以閃鋅礦（主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素雜質）為原料冶煉鋅單質，兩種方法均先將閃鋅礦加熱焙燒，得到以ZnO為主要成分的焙砂，再分別經過兩條路線得到單質鋅，同時得到副產品。分析火法流程，ZnO和焦炭在1373K～1573K時反應，發(fā)生氧化還原反應，主要制得Zn（g）、Cd（g）和殘渣，殘渣則主要是Fe和Cu，將Zn（g）和Cd（g）冷凝得到粗鋅和粗鎘，經蒸餾得到99.9%的鋅；

濕法流程，將ZnO用硫酸溶解制得溶液I，此時溶液中還含有Cu2+，Fe2+，Cd2+等，加入H2O2溶液氧化Fe2+為Fe3+，調節(jié)溶液pH，過濾可以將溶液和不溶于硫酸的殘渣分離，可除去Fe3+，用Zn置換出溶液Ⅱ中的雜質元素Cd2+和Cu2+，同時可增加溶液中Zn的產量，通過過濾操作分離出的濾渣主要為Cd和Cu，溶液中主要含有Zn2+，再電解溶液制得99.99%的鋅，以此解答該題。

（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

將方程式

(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+為Fe3+，調節(jié)溶液pH，過濾可以將溶液和不溶于硫酸的殘渣分離，可除去Fe3+，生成Fe（OH）3，由表中數據可知pH應3.2 ≤ pH <5.9（或3.2 ≤ pH <4.7），如果3.2 ≤ pH <5.9這時一部分Cu(OH)2也會析出，對應的濾渣1的成分是 Fe(OH)3、Cu(OH)2如果pH3.2 ≤ pH <4.7,對應的濾渣1的成分是 Fe(OH)3用Zn置換出溶液Ⅱ中的雜質元素Cd2+和Cu2+，得到濾渣2為Zn、Cd、Cu；

（3）①已知氫氧化鋅和氫氧化鋁性質相似。向電解后廢液中加入過量的KOH溶液，反應的離子方程式為Zn2++2OH-═Zn（OH）2↓、Zn（OH）2+2OH- ═[Zn（OH）4]2-或Zn2+ + 4OH- = [Zn(OH)4]2-；

②陰極發(fā)生還原反應，電極反應式為[Zn（OH）4]2-+2e-=Zn+4OH-。