工業(yè)上利用鋅焙砂(主要成分為ZnO,含有少量CuO、As2O3、NiO等)生產(chǎn)高純ZnO的流程示意圖如圖。
(1)用足量(NH4)2SO4溶液和氨水“浸出”鋅焙砂。
①“浸出”前,鋅焙砂預(yù)先粉碎的目的是 增大接觸面積,提高浸出效率增大接觸面積,提高浸出效率。
②通過(guò)“浸出”步驟,鋅焙砂中的ZnO轉(zhuǎn)化為[Zn(NH3)4]2+,該反應(yīng)的離子方程式為 ZnO+2NH3?H2O+2NH+4=[Zn(NH3)4]2++3H2OZnO+2NH3?H2O+2NH+4=[Zn(NH3)4]2++3H2O。
(2)“浸出”時(shí)As2O3轉(zhuǎn)化為AsO3-3?!俺椤辈襟E①中用(NH4)2S2O8作氧化劑,步驟①反應(yīng)的離子方程式為 2OH-+AsO3-3+S2O2-8=AsO3-4+2SO2-4+H2O2OH-+AsO3-3+S2O2-8=AsO3-4+2SO2-4+H2O。
(3)“除重金屬”時(shí),加入BaS溶液。濾渣Ⅱ中含有的主要物質(zhì)是 CuSCuS和BaSO4。
(4)“蒸氨”時(shí)會(huì)出現(xiàn)白色固體ZnSO4?Zn(OH)2,運(yùn)用平衡移動(dòng)原理解釋原因:“蒸氨”過(guò)程中有NH3產(chǎn)生,溶液中NH3的濃度降低,平衡[Zn(NH3)4]2+?Zn2++4NH3 正向移動(dòng),[Zn(NH3)4]2+轉(zhuǎn)化為Zn2+,溶液中還存在SO2-4和OH-,反應(yīng)得到白色固體ZnSO4?Zn(OH)2“蒸氨”過(guò)程中有NH3產(chǎn)生,溶液中NH3的濃度降低,平衡[Zn(NH3)4]2+?Zn2++4NH3 正向移動(dòng),[Zn(NH3)4]2+轉(zhuǎn)化為Zn2+,溶液中還存在SO2-4和OH-,反應(yīng)得到白色固體ZnSO4?Zn(OH)2。
(5)“沉鋅”步驟①中加入足量NH4HCO3溶液將白色固體轉(zhuǎn)化為ZnCO3的離子方程式為 ZnSO4?Zn(OH)2+2HCO-3=2ZnCO3+SO2-4+2H2OZnSO4?Zn(OH)2+2HCO-3=2ZnCO3+SO2-4+2H2O。
(6)“煅燒”步驟中,不同溫度下,ZnCO3分解的失重曲線和產(chǎn)品ZnO的比表面積變化情況如圖1、圖2所示。
已知:?。腆w失重質(zhì)量分?jǐn)?shù)=樣品起始質(zhì)量-剩余固體質(zhì)量樣品起始質(zhì)量×100%。
ⅱ.比表面積指單位質(zhì)量固體所具有的總面積;比表面積越大,產(chǎn)品ZnO的活性越高。
①280℃時(shí)煅燒ZnCO3,300min后固體失重質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33.3%,則ZnCO3的分解率為 94.694.6%(保留到小數(shù)點(diǎn)后一位)。
②根據(jù)圖1和圖2,獲得高產(chǎn)率(ZnCO3分解率>95%)、高活性(ZnO比表面積>40m2?g-1)產(chǎn)品ZnO的最佳條件是 bb(填字母序號(hào))。
a.恒溫280℃,60~120min
b.恒溫300℃,240~300min
c.恒溫350℃,240~300min
d.恒溫550℃,60~120min
(7)該流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)有 (NH4)2SO4、NH3?H2O、CO2(NH4)2SO4、NH3?H2O、CO2。
NH
+
4
NH
+
4
A
s
O
3
-
3
A
s
O
3
-
3
O
2
-
8
A
s
O
3
-
4
SO
2
-
4
A
s
O
3
-
3
O
2
-
8
A
s
O
3
-
4
SO
2
-
4
SO
2
-
4
SO
2
-
4
HCO
-
3
SO
2
-
4
HCO
-
3
SO
2
-
4
樣品起始質(zhì)量
-
剩余固體質(zhì)量
樣品起始質(zhì)量
【答案】增大接觸面積,提高浸出效率;ZnO+2NH3?H2O+2=[Zn(NH3)4]2++3H2O;2OH-++S2=+2+H2O;CuS;“蒸氨”過(guò)程中有NH3產(chǎn)生,溶液中NH3的濃度降低,平衡[Zn(NH3)4]2+?Zn2++4NH3 正向移動(dòng),[Zn(NH3)4]2+轉(zhuǎn)化為Zn2+,溶液中還存在和OH-,反應(yīng)得到白色固體ZnSO4?Zn(OH)2;ZnSO4?Zn(OH)2+2=2ZnCO3++2H2O;94.6;b;(NH4)2SO4、NH3?H2O、CO2
NH
+
4
A
s
O
3
-
3
O
2
-
8
A
s
O
3
-
4
SO
2
-
4
SO
2
-
4
HCO
-
3
SO
2
-
4
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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(4)煅燒A的反應(yīng)方程式是
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(1)焙燒時(shí)產(chǎn)生的主要有害氣體是
(2)若在空氣中“酸浸”時(shí)間過(guò)長(zhǎng),溶液中Fe2+含量將下降,其原因是:
(3)根據(jù)下表數(shù)據(jù):氫氧化物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 開始沉淀的pH 3.10 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 3.68 9.61
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