Question

【题目】活性氧化锌(ZnO)广泛用于橡胶、涂料、陶瓷、电子等行业，以粗氧化锌(主要成分为ZnO，还含有少量MnO、CuO、FeO、Fe2O3等)为原料经深度净化可制备高纯活性氧化锌，其流程如图所示：

几种难溶物的Ksp：

物质	Mn(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3	ZnS	CuS
Ksp	1.9×10－13	8.0×10－16	4.0×10－38	2.5×10－22	6.4×10－36

(1)将大小为66nm的高纯活性氧化锌粉末分散到水中，所得分散系为______。

(2)“浸取”过程中ZnO与NH3·H2O、NH4HCO3反应生成可溶性的Zn[(NH3)n]CO3和H2O。若有1mol ZnO溶解，则在该转化反应中参加反应的NH3·H2O和NH4HCO3物质的量之比的最大值为___________(已知：1≤n≤4)。

(3)“深度除锰”过程中双氧水可将“滤液1”中的Mn(OH)2转化为更难溶的MnO2·H2O，写出反应的化学方程式______________，“滤渣2”中存在的物质除了MnO2·H2O还可能含有_________(用化学式表示)。

(4)“深度除铜”过程中当溶液中≤2.0×10－6时，才能满足“深度除铜”的要求，若溶液中Zn2＋浓度为1mol/L时，则最终溶液中S2－的浓度理论上的最小值为____mol/L。

(5)“蒸氨”过程中Zn[(NH3)n]CO3分解为ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O、NH3和CO2。为了提高经济效益，请设计循环利用NH3和CO2方案_____________。

(6)“煅烧”时ZnCO3·2Zn(OH)2转变为高纯活性氧化锌，写出反应的化学方程式______

Answer 1

【答案】胶体 3:1 Mn(OH)2＋H2O2＝MnO2·H2O↓＋H2O Fe(OH)3 3.2×10－30 用水吸收NH3和CO2使之转化为NH4HCO3 ZnCO3·2Zn(OH)2 3ZnO＋CO2↑＋2H2O

【解析】

(1) 按分散质粒子高纯活性氧化锌粉末大小为66nm判断所得分散系类型；

(2) 按“浸取”过程中提供的反应物和生成物信息，书写方程式，据此判断在该转化反应中参加反应的NH3·H2O和NH4HCO3物质的量之比的最大值；

(3)按提供的反应物和生成物信息书写“深度除锰”过程中双氧水与Mn(OH)2反应的化学方程式，从流程和题给信息判断“滤渣2”其它的沉淀；

(4)根据≤2.0×10－6、溶液中Zn2＋浓度为1mol/L以及溶度积常数，可求的最终溶液中S2－的浓度的最小值；

(5)循环利用NH3和CO2，主要考虑氨水吸收二氧化碳时生成什么物质，结合流程图中相关物质回答；

(6)“煅烧”时ZnCO3·2Zn(OH)2转变为高纯活性氧化锌，参考碳酸盐和不溶性碱或碱式盐受热分解的产物书写该反应的化学方程式；

(1)分散质粒子高纯活性氧化锌粉末大小为66nm，在1 nm到100nm 之间，所得分散系为胶体；

答案为：胶体；

(2) 按信息，“浸取”过程中反应：ZnO+(n-1)NH3·H2O+NH4HCO3=Zn[(NH3)n]CO3+nH2O，在该转化反应中，若有1mol ZnO溶解,则参加反应的NH3·H2O和NH4HCO3物质的量之比为(n-1):1，当n=4时，比值达最大值；

答案为：3:1；

(3)按提供的反应物和生成物信息，“深度除锰”过程中双氧水把Mn(OH)2氧化得到MnO2·H2O沉淀，双氧水是绿色氧化剂，故该化学方程式为Mn(OH)2＋H2O2＝MnO2·H2O↓＋H2O；

答案为：Mn(OH)2＋H2O2＝MnO2·H2O↓＋H2O；

从流程看，滤液1中含有亚铁，也被双氧水氧化为Fe(OH)3沉淀，故滤渣中也含有氢氧化铁沉淀；

答案为：Fe(OH)3；

(4)根据≤2.0×10－6、溶液中Zn2＋浓度为1mol/L，则c(Cu2+)≤2.0×10－6，CuS的溶度积常数为6.4×10－36，则，故S2－的浓度的最小值为3.2×10－30 mol/L ；

答案为：3.2×10－30 ；

(5)要循环利用NH3和CO2，结合流程图中可知把它们转变为碳酸氢铵，故循环利用NH3和CO2的方案为用水吸收NH3和CO2使之转化为NH4HCO3 ；

答案为：用水吸收NH3和CO2使之转化为NH4HCO3 ；

(6)“煅烧”时ZnCO3·2Zn(OH)2转变为高纯活性氧化锌，因为碳酸盐和不溶性碱或碱式盐受热分解生成金属氧化物、二氧化碳和水，则该反应方程式为ZnCO3·2Zn(OH)2 3ZnO＋CO2↑＋2H2O；

答案为：ZnCO3·2Zn(OH)2 3ZnO＋CO2↑＋2H2O。