Question

某废催化剂含SiO₂、ZnO、ZnS和CuS。实验室从该废催化剂中回收锌和铜的一种流程如下图所示。

浸出使用的装置如图所示。回答下列问题：

蒸发浓缩、冷却结晶蒸发浓缩、冷却结晶

(1)第一次浸出必须选用装置 _______(填“1”或“2”)，原因是 ________。滤渣1的主要成分有_______。

(2)第二次浸出时生成单质硫，写出反应的离子方程式：_______________。该步骤即使加热温度不高也可能会有副反应发生，产物之一是空气的主要成分，分析可能原因是_____________________ 。

(3)从滤液2中得到CuSO₄·5H₂O的操作是 __________ 、过滤、洗涤。

(4)下列叙述中涉及到与该流程中的“操作①”相同操作的是_____________ 。

A.《肘后备急方》中治疟疾：“青蒿一握，以水升渍，绞取汁，尽服之”

B.《本草衍义》中精制砒霜：“将生砒就置火上，以器覆之，令砒烟上飞着覆器”

C.《开宝本草》中获取硝酸钾：“冬月地上有霜，扫取以水淋汁后，乃煎炼而成”

D. 《本草纲目》中烧酒的制造工艺：“凡酸坏之酒，皆可蒸烧”

(5)若该废催化剂中含12.8%的CuS，实验中称取15.0g废催化剂最终得到3.0gCuSO₄·5H₂O，则铜的回收率为 __________________ 。

Answer

1 有有毒气体H2S生成，装置2没有尾气吸收装置 SiO2、CuS CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S Cu2+催化H2O2分解产生O2 蒸发浓缩、冷却结晶 C 60.0%

【解析】

废催化剂加入稀硫酸，第一次浸出主要发生反应：ZnO＋H2SO4＝ZnSO4＋H2O、ZnS＋H2SO4＝ZnSO4＋H2S↑、Fe3O4＋4H2SO4＝FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O，过滤后滤液中ZnSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3，浓缩结晶得到粗ZnSO4•7H2O，滤渣1含有SiO2、CuS，向盛有滤渣1的反应器中加H2SO4和H2O2溶液，发生氧化还原反应，生成硫酸铜、硫，滤渣2含有硫和二氧化硅，滤液含有硫酸铜，经浓硫酸结晶可得到硫酸铜晶体。

(1)根据题目化学工艺流程知，第一次浸出发生反应：ZnO＋H2SO4＝ZnSO4＋H2O、ZnS＋H2SO4＝ZnSO4＋H2S↑，有有毒的气体H2S生成，必须用氢氧化钠溶液进行尾气处理，而装置2没有尾气处理装置，因此选1装置， 催化剂中的SiO2和CuS不溶于硫酸，且与硫酸不反应最终进入滤渣1；

故答案为：1；有有毒气体H2S生成，装置2没有尾气吸收装置；SiO2、CuS；

(2) 第二次浸出时发生反应的化学方程式：CuS＋H2O2＋H2SO4═CuSO4＋S＋2H2O，相应的离子方程式为：CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S；因为过氧化氢不稳定，在铜离子催化作用下会分解产生氧气，因此即使加热温度不高也可能会有副反应发生；

故答案为：CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S；Cu2+催化H2O2分解产生O2；

(3)滤液2主要溶质是硫酸铜，从中得到硫酸铜晶体，应采用降温结晶法，具体操作是蒸发浓缩，冷却结晶后过滤、洗涤得到硫酸铜晶体，

故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；

(4)A.提取青蒿素的过程是利用了萃取，故不选；

B.砒霜气化以后又冷凝的结果,这种分离方法是升华，故不选；

C.硝酸钾的溶解度随温度变化大，提纯的方法是先加水溶解，然后蒸发结晶得到硝酸钾晶体，与操作1相同，故选；

D.该过程涉及到的是蒸馏操作，故不选；

故答案为：C；

(5) 废催化剂中Cu的物质的量为15.0g×12.8%÷96g/mol＝0.02mol，3.0g CuSO4﹒5H2O中Cu的物质含量的为3.0g÷250g/mol＝0.012mol，则铜的回收率为×100%＝60%，

故答案为：60%。