Question

【題目】以高氯冶煉煙灰(主要成分為銅鋅的氯化物、氧化物、硫酸鹽，少量鐵元素和砷元素)為原料，可回收制備Cu和ZnSO4H2O，其主要實(shí)驗(yàn)流程如下：

已知：①Fe3+完全沉淀pH為3.2，此時Zn2+、Cu2+未開始沉淀；

②K3[Fe(CN)6]可用于檢驗(yàn)Fe2+：3Fe2++2[Fe(CN)6]3﹣═Fe3[Fe(CN)6]2↓(深藍(lán)色)；

③砷元素進(jìn)入水體中對環(huán)境污染大，可通過沉淀法除去。

(1)兩段脫氯均需在85℃條件下進(jìn)行，適宜的加熱方式為_____。

(2)堿洗脫氯時，溶液中Cu2+主要轉(zhuǎn)化為Cu(OH)2和Cu2(OH)2CO3，也會發(fā)生副反應(yīng)得到Cu2(OH)3Cl沉淀并放出氣體，該副反應(yīng)的離子方程式為_____。若用NaOH溶液進(jìn)行堿洗操作時，濃度不宜過大，通過下表的數(shù)據(jù)分析其原因是_____。

NaOH溶液濃度對脫氯率和其他元素浸出率的影響

NaOH濃度/molL﹣1	脫氯率/%	元素浸出率/%
	Cl	Zn	Cu	As
1.0	51.20	0.51	0.04	0.00
2.0	80.25	0.89	0.06	58.87
3.0	86.58	7.39	0.26	78.22

(3)ZnSO4的溶解度曲線如下圖所示。“電解”后，從溶液中回收ZnSO4H2O的實(shí)驗(yàn)、操作為_____。

(4)濾液1和濾液2中含一定量的Cu2+、Zn2+．為提高原料利用率，可采取的措施有：將濾液1和濾液2混合，回收銅鋅沉淀物；循環(huán)使用電解過程產(chǎn)生的_____(填化學(xué)式)。

(5)已知H3AsO3的還原性強(qiáng)于Fe2+，Ksp(FeAsO3)＞Ksp(FeAsO4)＝5.7×10﹣21．測得酸浸液中雜質(zhì)鐵元素(以Fe2+存在)、砷元素(以H3AsO3存在)的濃度分別為1.15gL﹣1、0.58gL﹣1，可采用“氧化中和共沉淀”法除去，請設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案：_____(實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑有：30%雙氧水，0.001molL﹣1K3[Fe(CN)6]溶液，回收的銅鋅沉淀物)。

Answer 1

【答案】水浴加熱(或85℃水浴加熱) 4Cu2++3CO32﹣+2Cl﹣+3H2O＝2Cu2(OH)3Cl↓+3CO2↑； NaOH濃度高時Zn元素?fù)p失較多，As元素浸出率高，增加廢水處理難度； 在330K以上(330～380K)蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾，熱水洗滌干燥； H2SO4 向酸浸濾液中加入過量30%雙氧水，攪拌使其充分反應(yīng)，取樣滴加0.001molL﹣1K3[Fe(CN)6]溶液無深藍(lán)色沉淀，加入回收的銅鋅沉淀物并攪拌至調(diào)節(jié)pH為3.2，靜置，過濾，取濾液。

【解析】

將水加入高氯冶煉煙灰(主要成分為銅鋅的氯化物、氧化物、硫酸鹽，少量鐵元素和砷元素)，溶解可溶性氯化物，過濾得到不溶物，將碳酸鈉溶液加入不溶物，脫氯，鋅銅沉淀，過濾得到相應(yīng)沉淀物，再加入稀硫酸溶解，得到銅離子、鋅離子的溶液，電解得到銅單質(zhì)和硫酸鋅溶液，再經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾，熱水洗滌干燥得到ZnSO4H2O，

(1)兩段脫氯均需在85℃條件下進(jìn)行，選用水浴加熱；

(2)溶液中Cu2+與碳酸根離子、氯離子結(jié)合得到Cu2(OH)3Cl和二氧化碳；分析圖表，若用NaOH溶液進(jìn)行堿洗操作時，考慮減少Zn的損失，減少As的浸出率；

(3)分析圖表330～380K范圍內(nèi)從溶液中回收ZnSO4H2O；

(4)通過流程可知H2SO4可循環(huán)使用；

(5)已知H3AsO3的還原性強(qiáng)于Fe2+，Ksp(FeAsO3)＞Ksp(FeAsO4)＝5.7×10﹣21，測得酸浸液中雜質(zhì)鐵元素(以Fe2+存在)、砷元素(以H3AsO3存在)，應(yīng)先將Fe2+氧化為Fe3+，FeAsO3氧化為FeAsO4，再調(diào)節(jié)pH除去鐵元素和砷元素，據(jù)此分析。

(1)兩段脫氯均需在85℃條件下進(jìn)行，溫度要求在100℃以下，選用水浴加熱即可；

故答案為：水浴加熱(或85℃水浴加熱)；

(2)堿洗脫氯時，溶液中Cu2+與CO32﹣、Cl﹣發(fā)生副反應(yīng)得到Cu2(OH)3Cl沉淀并放出CO2氣體，離子方程式為：4Cu2++3CO32﹣+2Cl﹣+3H2O＝2Cu2(OH)3Cl↓+3CO2↑；根據(jù)圖表，若用NaOH溶液進(jìn)行堿洗操作時，隨著NaOH濃度的增大，Zn元素浸出率增大，損失增多，As元素浸出率高，會增加廢水處理難度，故NaOH濃度不宜過大；

故答案為：4Cu2++3CO32﹣+2Cl﹣+3H2O＝2Cu2(OH)3Cl↓+3CO2↑；NaOH濃度高時Zn元素?fù)p失較多，As元素浸出率高，增加廢水處理難度；

(3)根據(jù)ZnSO4的溶解度曲線，“電解”后，從溶液中回收ZnSO4H2O的實(shí)驗(yàn)、操作為：在330K以上(330～380K)蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾，熱水洗滌干燥；

故答案為：在330K以上(330～380K)蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾，熱水洗滌干燥；

(4)由流程可知，加入的有H2SO4，電解時，陰極得到銅單質(zhì)，陽極氫氧根放電，電解得到H2SO4，可以循環(huán)使用；

故答案為：H2SO4；

(5)已知H3AsO3的還原性強(qiáng)于Fe2+，Ksp(FeAsO3)＞Ksp(FeAsO4)＝5.7×10﹣21，測得酸浸液中雜質(zhì)鐵元素(以Fe2+存在)、砷元素(以H3AsO3存在)，應(yīng)先將Fe2+氧化為Fe3+，用K3[Fe(CN)6]溶液檢驗(yàn)是否氧化完全，FeAsO3氧化為FeAsO4，再調(diào)節(jié)pH除去鐵元素和砷元素，故實(shí)驗(yàn)方案為：向酸浸濾液中加入過量30%雙氧水，攪拌使其充分反應(yīng)，取樣滴加0.001molL﹣1K3[Fe(CN)6]溶液無深藍(lán)色沉淀，加入回收的銅鋅沉淀物并攪拌至調(diào)節(jié)pH為3.2，靜置，過濾，取濾液；

故答案為：向酸浸濾液中加入過量30%雙氧水，攪拌使其充分反應(yīng)，取樣滴加0.001molL﹣1K3[Fe(CN)6]溶液無深藍(lán)色沉淀，加入回收的銅鋅沉淀物并攪拌至調(diào)節(jié)pH為3.2，靜置，過濾，取濾液。