Question

氧化锌工业品广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷、化工、医药、玻璃和电子等行业，随着工业的飞速发展，我国对氧化锌的需求量日益增加，成为国民经济建设中不可缺少的重要基础化工原料和新型材料。用工业含锌废渣(主要成分为ZnO，还含有铁、铝、铜的氧化物，Mn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺等)制取氧化锌的工艺流程如图所示：

已知：相关金属离子c(Mⁿ⁺)=0.1mol/L生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：

	Fe^3+	Fe^2+	Al^3+	Mn^2+	Zn^2+	Cu^2+	Cd^2+
开始沉淀	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

回答下列问题:

(1)为保证锌渣酸浸的充分，先保持酸过量，且c(H⁺)=0.5mol/L左右。写出一种加快锌渣浸出的方法：_______________

(2)为调节溶液的pH，则试剂X为__________________(填化学式)，且调节溶液pH的范围是____________

(3)除杂时加入高锰酸钾的作用是_______________，发生反应的离子方程式为_____________

(4)“过滤”所得滤渣的主要成分是_____________________(填化学式)

(5)写出“碳化合成”的化学方程式：_____________________;“碳化合成”过程需纯碱稍过量，请设计实验方案证明纯碱过量：_____________________

Answer

加热、将锌渣粉碎、搅拌、适当增大硝酸的浓度等 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 静置，取上层清液少许于试管中，往试管中继续滴加碳酸钠溶液，若无沉淀产生，则纯碱过量

【解析】

（1）加快锌渣浸出可根据增大反应物接触面积、升高温度、增大反应物浓度的角度分析；

（2）根据除杂的同时不要掺入新的杂质考虑，根据流程及表中的数据，确定pH的范围；

（3）除杂时加入高锰酸钾的作用是将Mn2+转化为MnO2沉淀，除去Mn2+；

（4）由（2）、（3）可知“过滤”所得的滤渣；

（5）“碳化合成”时加入碳酸钠，产物为ZnCO32Zn(OH)2H2O，以此写出化学方程式；若碳酸钠不足，检验溶液中的Zn2+，若碳酸钠过量，用盐酸检验溶液中的CO32-；

（1）酸浸的主要目的是将ZnO等物质与硝酸反应，为加快反应速率，可采取的措施有加热、将锌渣粉碎、搅拌、适当增大硝酸的浓度等；

（2）加入试剂X的目的为调节溶液的pH，使Fe3+、Al3+生成沉淀除去，为不引入新的杂质，可加入ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2等，根据流程及表中的数据，需调节pH的范围为4.7≤pH<6.0；

（3）加入高锰酸钾的作用是将Mn2+转化为MnO2沉淀，除去Mn2+，反应的离子方程式为2MnO4-+ 3Mn2++ 2H2O =5 MnO2↓+4H+；

（4）由（2）、（3）可知“过滤”所得的滤渣的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2；

（5）“碳化合成”时加入碳酸钠，产物为ZnCO32Zn(OH)2H2O，反应的化学方程式为：

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

或3Zn(NO3)2+5Na2CO3+5H2O=ZnCO32Zn(OH)2H2O↓+4NaHCO3+6NaNO3；若碳酸钠过量，则沉淀后的溶液中有碳酸根离子，检查碳酸根离子的方法是：静置，取上层清液少许于试管中，往试管中继续滴加碳酸钠溶液，若无沉淀产生，则纯碱过量。