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ZnSO4H2O，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

NaOH浓度/molL﹣1	脱氯率/%	元素浸出率/%
	Cl	Zn	Cu	As
1.0	51.20	0.51	0.04	0.00
2.0	80.25	0.89	0.06	58.87
3.0	86.58	7.39	0.26	78.22

(3)ZnSO4的溶解度曲线如下图所示。“电解”后，从溶液中回收ZnSO4H2O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1.15gL﹣1、0.58gL﹣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，0.001molL﹣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330K以上(330～380K)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0.001molL﹣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】

将水加入高氯冶炼烟灰(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)，溶解可溶性氯化物，过滤得到不溶物，将碳酸钠溶液加入不溶物，脱氯，锌铜沉淀，过滤得到相应沉淀物，再加入稀硫酸溶解，得到铜离子、锌离子的溶液，电解得到铜单质和硫酸锌溶液，再经过蒸发结晶，趁热过滤，热水洗涤干燥得到ZnSO4H2O，

(1)两段脱氯均需在85℃条件下进行，选用水浴加热；

(2)溶液中Cu2+与碳酸根离子、氯离子结合得到Cu2(OH)3Cl和二氧化碳；分析图表，若用NaOH溶液进行碱洗操作时，考虑减少Zn的损失，减少As的浸出率；

(3)分析图表330～380K范围内从溶液中回收ZnSO4H2O；

(4)通过流程可知H2SO4可循环使用；

(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)，应先将Fe2+氧化为Fe3+，FeAsO3氧化为FeAsO4，再调节pH除去铁元素和砷元素，据此分析。

(1)两段脱氯均需在85℃条件下进行，温度要求在100℃以下，选用水浴加热即可；

故答案为：水浴加热(或85℃水浴加热)；

(2)碱洗脱氯时，溶液中Cu2+与CO32﹣、Cl﹣发生副反应得到Cu2(OH)3Cl沉淀并放出CO2气体，离子方程式为：4Cu2++3CO32﹣+2Cl﹣+3H2O＝2Cu2(OH)3Cl↓+3CO2↑；根据图表，若用NaOH溶液进行碱洗操作时，随着NaOH浓度的增大，Zn元素浸出率增大，损失增多，As元素浸出率高，会增加废水处理难度，故NaOH浓度不宜过大；

故答案为：4Cu2++3CO32﹣+2Cl﹣+3H2O＝2Cu2(OH)3Cl↓+3CO2↑；NaOH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)根据ZnSO4的溶解度曲线，“电解”后，从溶液中回收ZnSO4H2O的实验、操作为：在330K以上(330～380K)蒸发结晶，趁热过滤，热水洗涤干燥；

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

(4)由流程可知，加入的有H2SO4，电解时，阴极得到铜单质，阳极氢氧根放电，电解得到H2SO4，可以循环使用；

故答案为：H2SO4；

(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)，应先将Fe2+氧化为Fe3+，用K3[Fe(CN)6]溶液检验是否氧化完全，FeAsO3氧化为FeAsO4，再调节pH除去铁元素和砷元素，故实验方案为：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0.001molL﹣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；

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0.001molL﹣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。