Question

10．以煉鋅煙塵（主要成份為ZnO，含少量CuO和FeO）為原料，可以制取氧化鋅和金屬鋅．
Ⅰ．制取氧化鋅主要工藝如圖1：

表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為l.0mol/L計算）．

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Zn2+	5.2	6.4
Fe2+	5.8	8.8

（1）為了加快反應(yīng)，“酸溶”需要適當(dāng)加熱，但溫度不宜太高，原因是減少鹽酸揮發(fā)．
（2）加入H₂O₂溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）流程圖中，為了降低溶液的酸度，調(diào)節(jié)pH范圍為3.2≤PH＜5.2；若試劑X為Zn₂（OH）₂CO₃，加入X除雜質(zhì)的離子方程式為3Zn₂（OH）₂CO₃+4Fe³⁺+3H₂O=4Fe（OH）₃↓+6Zn²⁺+3CO₂↑．
（4）已知，室溫下，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，當(dāng)pH=3時，溶液中c（Fe³⁺）為4.0×10^-5．從ZnCl₂溶液中提取無水ZnCl₂的方法是在氯化氫氣體，蒸干氯化鋅溶液并加熱至失去結(jié)晶水．
Ⅱ．制取金屬鋅采用堿溶解ZnO（s）+2NaOH （aq）+H₂O═Na₂[Zn（OH）₄]（aq），然后電解浸取液．
（5）如圖2，煉鋅煙塵采用堿溶，而不采用酸溶后電解，主要原因是氧化銅、氧化亞鐵不溶于堿溶液中．
（6）以石墨作電極電解時，陽極產(chǎn)生的氣體為O₂；陰極的電極反應(yīng)為[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-．

Answer 1

分析 煉鋅煙塵（主要成份為ZnO，含少量CuO和FeO）加鹽酸溶解，形成氯化鋅、氯化銅、氯化亞鐵的溶液，加鋅粉置換出Cu，過濾，沉淀A為Cu，濾液中含有鋅離子和亞鐵離子，加入過氧化氫把亞鐵離子氧化為鐵離子，再加Zn₂（OH）₂CO₃，調(diào)節(jié)pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾除去沉淀，得到氯化鋅溶液，
煉鋅煙塵（主要成份為ZnO，含少量CuO和FeO）加氫氧化鈉溶解：ZnO+2NaOH+H₂O═Na₂[Zn（OH）₄]，過濾，電解Na₂[Zn（OH）₄]，溶液，陽極氫氧根離子失電子生成氧氣與水陽極反應(yīng)為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，氣體X為氧氣，陰極上[Zn（OH）₄]^2-得電子生成Zn與氫氧根離子，則陰極的電極方程式為：[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1））“酸溶”后，形成氯化鋅、氯化銅、氯化亞鐵的溶液，適當(dāng)加熱，加速酸浸速率，溫度過高，鹽酸揮發(fā)，離子的浸出率不高；
故答案為：減少鹽酸揮發(fā)；
（2）加過氧化氫亞鐵離子氧化為鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）調(diào)節(jié)pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，而鋅離子不沉淀，由表中數(shù)據(jù)可知pH≥3.2時，鐵離子完全沉淀，而鋅離子開始沉淀的pH為5.2，所以要調(diào)節(jié)pH為3.2≤pH＜5.2；若試劑X為Zn₂（OH）₂CO₃，調(diào)節(jié)pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，反應(yīng)為：3Zn₂（OH）₂CO₃+4Fe³⁺+3H₂O=4Fe（OH）₃↓+6Zn²⁺+3CO₂↑；
故答案為：3.2≤PH＜5.2；3Zn₂（OH）₂CO₃+4Fe³⁺+3H₂O=4Fe（OH）₃↓+6Zn²⁺+3CO₂↑；
（4）室溫下，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，當(dāng)pH=3時，c（OH^-）=4.0×10^-11，溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=4.0×10^-5；鋅離子水解，從ZnCl₂溶液中提取無水ZnCl₂，為抑制其水解，在氯化氫氣體，蒸干氯化鋅溶液并加熱至失去結(jié)晶水；
故答案為：4.0×10^-5；在氯化氫氣體，蒸干氯化鋅溶液并加熱至失去結(jié)晶水；
（5）ZnO能溶液強堿溶液，CuO和FeO不溶于堿溶液，酸溶液與ZnO、CuO、FeO均能反應(yīng)，所以煉鋅煙塵采用堿溶，而不采用酸溶后電解；
故答案為：氧化銅、氧化亞鐵不溶于堿溶液中；
（6）石墨作電極電解時，陽極氫氧根離子失電子生成氧氣與水陽極反應(yīng)為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，氣體X為氧氣；陰極上[Zn（OH）₄]^2-得電子生成Zn與氫氧根離子，則陰極的電極方程式為：[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-；
故答案為：O₂；[Zn（OH）₄]^2-+2e^-=Zn+4OH^-．

點評 本題考查物質(zhì)的制備工藝流程，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計算、電解原理的應(yīng)用等知識點，是對學(xué)生綜合能力考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，題目難度中等