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【题目】工业上常以闪锌矿(主要成分ZnS,含FeCuCd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

ZnS(s) + 2O2(g) + C(s) = Zn(g) +CO2(g) + SO2(g) 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___________

【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)3Cu(OH)2(对应后一个答案填Fe(OH)3) CuZnCd Zn2++2OH-═ZnOH2ZnOH2+2OH- ═[ZnOH4]2-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CdFeCu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1373K1573K时反应,发生氧化还原反应,主要制得Zng)、Cdg)和残渣,残渣则主要是FeCu,将Zng)和Cdg)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+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+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CdCu,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)①2Cs+O2g═2COgH1=-220kJmol-1

2ZnSs+3O2g═2ZnOs+2SO2gH2=-930kJmol-1

ZnOs+COg═Zng+CO2gH3=198kJmol-1

将方程式

(++ 2)/2 ZnSs+Cs+2O2g═Zng+CO2g+2SO2g),H4=(-220-930+2x198)/2=-377.0kJ/mol

2)加入H2O2溶液氧化Fe2+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FeOH3,由表中数据可知pH3.2 ≤ 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)3Cu(OH)2如果pH3.2 ≤ pH <4.7,对应的滤渣1的成分是 Fe(OH)3Zn置换出溶液Ⅱ中的杂质元素Cd2+Cu2+,得到滤渣2ZnCdCu

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-═ZnOH2ZnOH2+2OH- ═[ZnOH4]2-Zn2+ + 4OH- = [Zn(OH)4]2-

②阴极发生还原反应,电极反应式为[ZnOH4]2-+2e-=Zn+4OH-

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