Question

【題目】某廢催化劑含SiO2、ZnO、ZnS和CuS。實驗室從該廢催化劑中回收鋅和銅的一種流程如下圖所示。

浸出使用的裝置如圖所示。回答下列問題：

蒸發濃縮、冷卻結晶蒸發濃縮、冷卻結晶

(1)第一次浸出必須選用裝置 _______(填“1”或“2”)，原因是 ________。濾渣1的主要成分有_______。

(2)第二次浸出時生成單質硫，寫出反應的離子方程式：_______________。該步驟即使加熱溫度不高也可能會有副反應發生，產物之一是空氣的主要成分，分析可能原因是_____________________ 。

(3)從濾液2中得到CuSO4·5H2O的操作是 __________ 、過濾、洗滌。

(4)下列敘述中涉及到與該流程中的“操作①”相同操作的是_____________ 。

A.《肘后備急方》中治瘧疾：“青蒿一握，以水升漬，絞取汁，盡服之”

B.《本草衍義》中精制砒霜：“將生砒就置火上，以器覆之，令砒煙上飛著覆器”

C.《開寶本草》中獲取硝酸鉀：“冬月地上有霜，掃取以水淋汁后，乃煎煉而成”

D. 《本草綱目》中燒酒的制造工藝：“凡酸壞之酒，皆可蒸燒”

(5)若該廢催化劑中含12.8%的CuS，實驗中稱取15.0g廢催化劑最終得到3.0gCuSO4·5H2O，則銅的回收率為 __________________ 。

Answer 1

【答案】1 有有毒氣體H2S生成，裝置2沒有尾氣吸收裝置 SiO2、CuS CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S Cu2+催化H2O2分解產生O2 蒸發濃縮、冷卻結晶 C 60.0%

【解析】

廢催化劑加入稀硫酸，第一次浸出主要發生反應：ZnO＋H2SO4＝ZnSO4＋H2O、ZnS＋H2SO4＝ZnSO4＋H2S↑、Fe3O4＋4H2SO4＝FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O，過濾后濾液中ZnSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3，濃縮結晶得到粗ZnSO47H2O，濾渣1含有SiO2、CuS，向盛有濾渣1的反應器中加H2SO4和H2O2溶液，發生氧化還原反應，生成硫酸銅、硫，濾渣2含有硫和二氧化硅，濾液含有硫酸銅，經濃硫酸結晶可得到硫酸銅晶體。

(1)根據題目化學工藝流程知，第一次浸出發生反應：ZnO＋H2SO4＝ZnSO4＋H2O、ZnS＋H2SO4＝ZnSO4＋H2S↑，有有毒的氣體H2S生成，必須用氫氧化鈉溶液進行尾氣處理，而裝置2沒有尾氣處理裝置，因此選1裝置， 催化劑中的SiO2和CuS不溶于硫酸，且與硫酸不反應最終進入濾渣1；

故答案為：1；有有毒氣體H2S生成，裝置2沒有尾氣吸收裝置；SiO2、CuS；

(2) 第二次浸出時發生反應的化學方程式：CuS＋H2O2＋H2SO4═CuSO4＋S＋2H2O，相應的離子方程式為：CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S；因為過氧化氫不穩定，在銅離子催化作用下會分解產生氧氣，因此即使加熱溫度不高也可能會有副反應發生；

故答案為：CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S；Cu2+催化H2O2分解產生O2；

(3)濾液2主要溶質是硫酸銅，從中得到硫酸銅晶體，應采用降溫結晶法，具體操作是蒸發濃縮，冷卻結晶后過濾、洗滌得到硫酸銅晶體，

故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；

(4)A.提取青蒿素的過程是利用了萃取，故不選；

B.砒霜氣化以后又冷凝的結果,這種分離方法是升華，故不選；

C.硝酸鉀的溶解度隨溫度變化大，提純的方法是先加水溶解，然后蒸發結晶得到硝酸鉀晶體，與操作1相同，故選；

D.該過程涉及到的是蒸餾操作，故不選；

故答案為：C；

(5) 廢催化劑中Cu的物質的量為15.0g×12.8%÷96g/mol＝0.02mol，3.0g CuSO4﹒5H2O中Cu的物質含量的為3.0g÷250g/mol＝0.012mol，則銅的回收率為×100%＝60%，

故答案為：60%。