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ZnSO4·H2O，其主要實驗流程如下：

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Fe2＋：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓(深藍色)；③砷元素進入水體中對環境污染大，可通過沉淀法除去。

(1)兩段脫氯均需在85 ℃條件下進行，適宜的加熱方式為________。

(2)堿洗脫氯時，溶液中Cu2＋主要轉化為Cu(OH)2和Cu2(OH)2CO3，也會發生副反應得到Cu2(OH)3Cl沉淀并放出氣體，該副反應的離子方程式為________________________。若用NaOH溶液進行堿洗操作時，濃度不宜過大，通過下表的數據分析其原因是___________。

NaOH溶液濃度對脫氯率和其他元素浸出率的影響

(3)ZnSO4的溶解度曲線如下圖所示。“電解”后，從溶液中回收ZnSO4·H2O的實驗、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；循環使用電解過程產生的________(填化學式)。

(5)已知H3AsO3的還原性強于Fe2＋，Ksp(FeAsO3)>Ksp(FeAsO4)＝5.7×10－21。測得酸浸液中雜質鐵元素(以Fe2＋存在)、砷元素(以H3AsO3存在)的濃度分別為1.15 g·L－1、0.58 g·L－1，可采用“氧化中和共沉淀”法除去，請設計實驗方案： ____________________________(實驗中須使用的試劑有：30%雙氧水，0.001 mol·L－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溶液濃度高時Zn元素損失較多；As元素浸出率高，增加廢水處理難度 在330 K以上(330～380 K范圍內皆可以)蒸發結晶，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，取樣滴加0.001 mol·L－1K3[Fe(CN)6]溶液，無深藍色沉淀，加入回收的銅鋅沉淀物，并攪拌至調節pH為3.2，靜置，過濾，取濾液

【解析】

（1）直接加熱溫度不可控，而水浴加熱可是溫度平穩地控制到所需溫度條件；

（2）反應前后無化合價的升降，則放出的氣體應為二氧化碳氣體，據此書寫化學方程式；對比表格，易得出氫氧化鈉濃度高時，鋅元素與砷元素浸出率明顯增大，從實際工業分析作答；

（3）根據ZnSO4的溶解度曲線及所得晶體成分分析控制的溫度范圍，再結合蒸發濃縮、冷卻結晶的實驗操作解答；

（4）酸浸以后電解硫酸銅制備銅單質，根據電解原理分析電解產物結合工藝流程得出結論；

（5）H3AsO3的還原性強于Fe2＋，可采用過氧化氫氧化法，當溶液中沒有Fe2＋，則氧化徹底，其H3AsO3被氧化為H3AsO4，而Fe2＋被氧化為Fe3＋，結合給定的已知信息最后調節pH將雜質去除。

（1）水浴加熱可避免直接加熱帶來的溫度不穩定性因素，則為了使溫度控制在85℃，最適宜的加熱方式為：水浴加熱(或85℃水浴加熱)，

故答案為：水浴加熱(或85℃水浴加熱)；

（2）Cu2＋在碳酸鈉溶液中，轉化為Cu2(OH)3Cl沉淀并放出二氧化碳氣體的反應方程式可表示為：4Cu2＋＋3CO32-＋2Cl－＋3H2O===2Cu2(OH)3Cl↓＋3CO2↑，若用NaOH溶液進行堿洗操作時，濃度不宜過大，依據表格數據發現，氫氧化鈉濃度從1.0mol/L到3.0mol/L, 最終想得到的ZnSO4·H2O中鋅元素流失量會增大，且砷元素浸出率從0到78.22%，由已知信息可知，砷元素過多，砷元素進入水體中對環境污染大，因此會增大廢水處理難度，

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

（3）從溶解度曲線中可以看出，溫度在330 K以后所得的晶體成分為實驗所需的ZnSO4·H2O，且溶解度隨著溫度的升高而降低，為得到該晶體，可進行的操作是：在330 K以上(330～380 K范圍內皆可以)蒸發結晶，趁熱過濾，熱水洗滌干燥，

故答案為：在330 K以上(330～380 K范圍內皆可以)蒸發結晶，趁熱過濾，熱水洗滌干燥；

(4)電解硫酸銅制備銅單質的過程，陽極“放氧生酸”，即溶液中的氫氧根離子放電產生氧氣和硫酸，其中稀硫酸可重復利用再次在“酸浸”操作時使用，

故答案為：H2SO4；

(5)根據已知信息知，要想除去酸浸液中雜質鐵元素(以Fe2＋存在)、砷元素(以H3AsO3存在)可考慮先用過氧化氫氧化Fe2＋與H3AsO3，因H3AsO3的還原性強于Fe2＋，則由已知信息易知用0.001 mol·L－1K3[Fe(CN)6]溶液作為檢驗Fe2＋的試劑，若無Fe2＋則證明雜質鐵元素、砷元素已除盡，因鐵元素(以Fe2＋存在)、砷元素(以H3AsO3存在)的濃度分別為1.15 g·L－1、0.58 g·L－1，轉換為物質的量濃度分別約為0.018 mol/L、0.008 mol/L，生成的Fe3＋與AsO43-按一比一反應生成FeAsO4沉淀后Fe3＋有剩余，則根據已知信息知Fe3＋完全沉淀pH為3.2，此時Zn2＋、Cu2＋未開始沉淀，因此可調節溶液pH= 3.2去除剩余的Fe3＋，靜置過濾，最后取濾液即可，

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，取樣滴加0.001 mol·L－1K3[Fe(CN)6]溶液，無深藍色沉淀，加入回收的銅鋅沉淀物，并攪拌至調節pH為3.2，靜置，過濾，取濾液。