Question

(15分)某研究小组从一含锌废渣(质量百分组成：40.5%ZnO 、19.5%CuO、5.7%FeO、7.3% Fe₂O₃，其余为SiO₂)中回收锌和铜，设计以工业废酸(含15%的H₂SO₄)为酸浸液的方案，其流程如下图(部分条件略)：已知碱式碳酸锌的化学式为Zn(OH)₂·ZnCO₃。

部分离子以氢氧化物形式开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表：

离子	Fe^2＋	Fe^3＋	Cu^2＋
开始沉淀时的pH(初始浓度为1.0 mol/L)	6.5	1.5	4.2
沉淀完全时的pH	9.7	3.2	6.7

请回答下列问题：

（1）常温下二价锌在水溶液中的存在形式与pH的关系如图，横坐标为溶液的pH，纵坐标为Zn^2＋ 或Zn(OH)₄^{2 －}(配离子)物质的量浓度的对数(假设Zn^2＋离子浓度为10^－5mol•L^－1时，Zn^2＋离子已沉淀完全)．

利用图中数据计算，K_sp[Zn(OH)₂]=                       。

（2）写出试剂a、b的化学式：a：                ；b：                  。

（3）写出加入H₂O₂后发生反应的离子反应方程式：                        。

（4）写出沉锌过程中的离子反应方程式：                                  ，沉锌后溶液中主要溶质的化学式是                 。

（5）将碱式碳酸锌加热分解可得到具有催化性能的活性氧化锌，可用于催化尿素与甲醇合成碳酸二甲酯(DMC)的反应。写出碱式碳酸锌受热分解的化学方程式                 。

（6）利用氯化锌溶液与碳酸钠溶液反应制得的碳酸锌中混有碱式碳酸锌，某同学取一定质量的该固体，灼烧至恒重，能否通过固体质量的减少量来确定固体的成分？_______ (填“能”或“否”)

Answer

(15分)

（1）1×10－17

（2）a：ZnO或Zn(OH)2； b：Zn

（3）H2O2＋2Fe2＋＋2H＋= 2Fe3＋＋2H2O

（4）2Zn2＋＋4HCO3－ = Zn(OH)2·ZnCO3↓＋3CO2↑＋H2O； (NH4)2SO4

（5）Zn(OH)2·ZnCO3 2ZnO ＋CO2↑＋H2O

（6）能

【解析】

试题分析：含锌废渣中有ZnO 、CuO、FeO、 Fe2O3，SiO2，向含锌废渣中加入工业废酸(含15%的H2SO4)，发生反应生成生成硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁，硫酸铁，根据表格提供的信息，调pH的目的是沉淀Fe3＋，但不能引入新的杂质，所以加入试剂ZnO或Zn(OH)2来消耗H＋，由于溶液中有Fe2＋完全沉淀的pH较大，需要用H2O2 将Fe2＋氧化成Fe3＋，过滤得到的滤液是硫酸锌、硫酸铜的混合溶液，为了得到Cu，所以需要加入Zn，发生置换反应Zn＋CuSO4 =ZnSO4 ＋Cu，过滤，滤液是硫酸锌，然后用碳酸氢铵溶液沉锌，据此回答：

（1）如图所示，Zn2＋浓度为10－5mol•L－1时，Zn2＋已沉淀完全，当溶液的pH=8.0时，c(Zn2＋)=10－5 mol•L－1，c(OH－)=10－6 mol•L－1，Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2＋)．C2(OH－)=10－5×(10－6)2=1×10－17。

（2）根据上述流程分析，试剂a为ZnO或Zn(OH)2；试剂b为Zn。

（3）H2O2 具有氧化性，能将Fe2＋氧化成Fe3＋，自身还原成水，再根据电荷守恒和原子守恒配平，所以加入H2O2后发生反应的离子反应方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋= 2Fe3＋＋2H2O。

（4）沉锌过程中是硫酸锌与碳酸氢铵反应生成Zn(OH)2·ZnCO3沉淀、CO2、H2O和NH4)2SO4，所以离子反应方程式为2Zn2＋＋4HCO3－ = Zn(OH)2·ZnCO3↓＋3CO2↑＋H2O；沉锌后溶液中主要溶质的化学式是(NH4)2SO4。

（5）碱式碳酸锌加热分解可得到氧化锌，CO2 和水，则碱式碳酸锌受热分解的化学方程式为Zn(OH)2·ZnCO3 2ZnO ＋CO2↑＋H2O。

（6）由于碳酸锌和碱式碳酸锌受热均能分解生成氧化锌，都有质量的变化，所以该同学取一定质量的固体，灼烧至恒重，能通过固体质量的减少量来确定该固体的成分。

考点：考查含锌废渣回收锌和铜的工艺流程，锌及其化合物的性质。