Question

【题目】以高氯冶炼烟灰(主要成分为铜锌的氯化物、氧化物、硫酸盐，少量铁元素和砷元素)为原料，可回收制备Cu和ZnSO4·H2O，其主要实验流程如下：

已知：①Fe3＋完全沉淀pH为3.2，此时Zn2＋、Cu2＋未开始沉淀；②K3[Fe(CN)6]可用于检验Fe2＋：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓(深蓝色)；③砷元素进入水体中对环境污染大，可通过沉淀法除去。

(1)两段脱氯均需在85 ℃条件下进行，适宜的加热方式为________。

(2)碱洗脱氯时，溶液中Cu2＋主要转化为Cu(OH)2和Cu2(OH)2CO3，也会发生副反应得到Cu2(OH)3Cl沉淀并放出气体，该副反应的离子方程式为________________________。若用NaOH溶液进行碱洗操作时，浓度不宜过大，通过下表的数据分析其原因是___________。

NaOH溶液浓度对脱氯率和其他元素浸出率的影响

(3)ZnSO4的溶解度曲线如下图所示。“电解”后，从溶液中回收ZnSO4·H2O的实验、操作为___________。

(4)滤液1和滤液2中含一定量的Cu2＋、Zn2＋。为提高原料利用率，可采取的措施有：将滤液1和滤液2混合，回收铜锌沉淀物；循环使用电解过程产生的________(填化学式)。

(5)已知H3AsO3的还原性强于Fe2＋，Ksp(FeAsO3)>Ksp(FeAsO4)＝5.7×10－21。测得酸浸液中杂质铁元素(以Fe2＋存在)、砷元素(以H3AsO3存在)的浓度分别为1.15 g·L－1、0.58 g·L－1，可采用“氧化中和共沉淀”法除去，请设计实验方案： ____________________________(实验中须使用的试剂有：30%双氧水，0.001 mol·L－1K3[Fe(CN)6]溶液，回收的铜锌沉淀物)。

Answer 1

【答案】水浴加热(或85℃水浴加热) 4Cu2＋＋3CO32-＋2Cl－＋3H2O===2Cu2(OH)3Cl↓＋3CO2↑ NaOH溶液浓度高时Zn元素损失较多；As元素浸出率高，增加废水处理难度 在330 K以上(330～380 K范围内皆可以)蒸发结晶，趁热过滤，热水洗涤干燥 H2SO4 向酸浸滤液中加入过量30%双氧水，搅拌使其充分反应，取样滴加0.001 mol·L－1K3[Fe(CN)6]溶液，无深蓝色沉淀，加入回收的铜锌沉淀物，并搅拌至调节pH为3.2，静置，过滤，取滤液

【解析】

（1）直接加热温度不可控，而水浴加热可是温度平稳地控制到所需温度条件；

（2）反应前后无化合价的升降，则放出的气体应为二氧化碳气体，据此书写化学方程式；对比表格，易得出氢氧化钠浓度高时，锌元素与砷元素浸出率明显增大，从实际工业分析作答；

（3）根据ZnSO4的溶解度曲线及所得晶体成分分析控制的温度范围，再结合蒸发浓缩、冷却结晶的实验操作解答；

（4）酸浸以后电解硫酸铜制备铜单质，根据电解原理分析电解产物结合工艺流程得出结论；

（5）H3AsO3的还原性强于Fe2＋，可采用过氧化氢氧化法，当溶液中没有Fe2＋，则氧化彻底，其H3AsO3被氧化为H3AsO4，而Fe2＋被氧化为Fe3＋，结合给定的已知信息最后调节pH将杂质去除。

（1）水浴加热可避免直接加热带来的温度不稳定性因素，则为了使温度控制在85℃，最适宜的加热方式为：水浴加热(或85℃水浴加热)，

故答案为：水浴加热(或85℃水浴加热)；

（2）Cu2＋在碳酸钠溶液中，转化为Cu2(OH)3Cl沉淀并放出二氧化碳气体的反应方程式可表示为：4Cu2＋＋3CO32-＋2Cl－＋3H2O===2Cu2(OH)3Cl↓＋3CO2↑，若用NaOH溶液进行碱洗操作时，浓度不宜过大，依据表格数据发现，氢氧化钠浓度从1.0mol/L到3.0mol/L, 最终想得到的ZnSO4·H2O中锌元素流失量会增大，且砷元素浸出率从0到78.22%，由已知信息可知，砷元素过多，砷元素进入水体中对环境污染大，因此会增大废水处理难度，

故答案为：4Cu2＋＋3CO32-＋2Cl－＋3H2O===2Cu2(OH)3Cl↓＋3CO2↑；NaOH溶液浓度高时Zn元素损失较多；As元素浸出率高，增加废水处理难度；

（3）从溶解度曲线中可以看出，温度在330 K以后所得的晶体成分为实验所需的ZnSO4·H2O，且溶解度随着温度的升高而降低，为得到该晶体，可进行的操作是：在330 K以上(330～380 K范围内皆可以)蒸发结晶，趁热过滤，热水洗涤干燥，

故答案为：在330 K以上(330～380 K范围内皆可以)蒸发结晶，趁热过滤，热水洗涤干燥；

(4)电解硫酸铜制备铜单质的过程，阳极“放氧生酸”，即溶液中的氢氧根离子放电产生氧气和硫酸，其中稀硫酸可重复利用再次在“酸浸”操作时使用，

故答案为：H2SO4；

(5)根据已知信息知，要想除去酸浸液中杂质铁元素(以Fe2＋存在)、砷元素(以H3AsO3存在)可考虑先用过氧化氢氧化Fe2＋与H3AsO3，因H3AsO3的还原性强于Fe2＋，则由已知信息易知用0.001 mol·L－1K3[Fe(CN)6]溶液作为检验Fe2＋的试剂，若无Fe2＋则证明杂质铁元素、砷元素已除尽，因铁元素(以Fe2＋存在)、砷元素(以H3AsO3存在)的浓度分别为1.15 g·L－1、0.58 g·L－1，转换为物质的量浓度分别约为0.018 mol/L、0.008 mol/L，生成的Fe3＋与AsO43-按一比一反应生成FeAsO4沉淀后Fe3＋有剩余，则根据已知信息知Fe3＋完全沉淀pH为3.2，此时Zn2＋、Cu2＋未开始沉淀，因此可调节溶液pH= 3.2去除剩余的Fe3＋，静置过滤，最后取滤液即可，

故答案为：向酸浸滤液中加入过量30%双氧水，搅拌使其充分反应，取样滴加0.001 mol·L－1K3[Fe(CN)6]溶液，无深蓝色沉淀，加入回收的铜锌沉淀物，并搅拌至调节pH为3.2，静置，过滤，取滤液。