Question

2．某廢催化劑含58.2%的SiO₂、21.0%的ZnO、4.50%的ZnS和12.8%的CuS及少量的Fe₃O₄．某同學(xué)用15.0g該廢催化劑為原料，回收鋅和銅．采用的實(shí)驗(yàn)方案如下，回答下列問(wèn)題：

已知：ZnS與稀硫酸反應(yīng)，且化合價(jià)不變； CuS既不溶解于稀硫酸，也不與稀硫酸反應(yīng)
（1）在下列裝置中，第一次浸出反應(yīng)裝置最合理的D（填標(biāo)號(hào)）．

（2）濾液1中含有Fe²⁺，選用提供的試劑進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方法如下：取少量濾液1，滴加高錳酸鉀溶液，若褪色，則證明有亞鐵離子．
（提供的試劑：稀鹽酸  KSCN溶液  KMnO₄溶液   NaOH溶液  碘水）
（3）本實(shí)驗(yàn)要用到抽濾，設(shè)所用的洗滌劑為X，抽濾洗滌沉淀的操作關(guān)小水龍頭，使洗滌劑x緩緩?fù)ㄟ^(guò)沉淀物．
（4）寫(xiě)出第二次浸出的化學(xué)反應(yīng)方程式CuS+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+S+2H₂O，向盛有濾渣1的反應(yīng)器中加H₂SO₄和H₂O₂溶液，應(yīng)先加H₂SO₄．
（5）濾渣2的主要成分是SiO₂、S．濃縮、結(jié)晶得到硫酸鋅晶體的主要儀器名稱(chēng)是蒸發(fā)皿．
（6）某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)完成之后，得到1.50g CuSO₄•5H₂O，則銅的回收率為30%．

Answer 1

分析 廢催化劑加入稀硫酸，第一次浸出主要發(fā)生反應(yīng)：ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、ZnS+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂S↑、Fe₃O₄+4H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O，過(guò)濾后濾液中ZnSO₄、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃，濃縮結(jié)晶得到粗ZnSO₄•7H₂O，濾渣1含有SiO₂、CuS，向盛有濾渣1的反應(yīng)器中加H₂SO₄和H₂O₂溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成硫酸銅、硫，濾渣2含有硫和二氧化硅，濾液含有硫酸銅，經(jīng)濃硫酸結(jié)晶可得到硫酸銅晶體，以此解答該題．

解答 解：（1）根據(jù)題目化學(xué)工藝流程知，第一次浸出發(fā)生反應(yīng)：ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O、ZnS+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂S↑，有有毒的生成，必須用氫氧化鈉溶液進(jìn)行尾氣處理，選D裝置，故答案為：D；
（2）亞鐵離子具有還原性，可與高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)，檢驗(yàn)亞鐵離子，可取少量濾液1，滴加高錳酸鉀溶液，若褪色，則證明有亞鐵離子，
故答案為：取少量濾液1，滴加高錳酸鉀溶液，若褪色，則證明有亞鐵離子；
（3）抽濾時(shí)，可關(guān)小水龍頭，使洗滌劑x緩緩?fù)ㄟ^(guò)沉淀物，故答案為：關(guān)小水龍頭，使洗滌劑x緩緩?fù)ㄟ^(guò)沉淀物；
（4）第二次浸出時(shí)發(fā)生反應(yīng)：CuS++H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+S+2H₂O，不產(chǎn)生有毒氣體，可以選用A裝置，第二次浸出時(shí)，向盛有濾液1的反應(yīng)器中加入稀硫酸，后滴入過(guò)氧化氫溶液．若順序相反，會(huì)造成H₂O₂與固體顆粒接觸分解，
故答案為：CuS+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+S+2H₂O；H₂SO₄；
（5）二氧化硅不與硫酸反應(yīng)，濾渣2的主要成分是SiO₂，含有少量S，濃縮、結(jié)晶得到硫酸鋅晶體的主要儀器是蒸發(fā)皿，
故答案為：SiO₂、S；蒸發(fā)皿；
（6）廢催化劑中Cu的物質(zhì)的量為15.0g×12.8%÷96g/mol=0.02mol，1.5g CuSO₄﹒5H₂O中Cu的物質(zhì)含量的為1.5g÷250g/mol=0.006mol，則銅的回收率為$\frac{0.006mol}{0.02mol}$×100%=30%，
故答案為：30%．

點(diǎn)評(píng) 本題以金屬回收為載體，綜合考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，為高考常見(jiàn)題型，涉及化學(xué)工藝流程、對(duì)原理與裝置的分析、物質(zhì)的分離提純、化學(xué)計(jì)算等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．