Question

【題目】閃鋅精礦(含有ZnS、SiO2和少量FeS雜質)，鈦白廢液(含H2SO4約20%，還有少量Fe2+、TiO2+)。利用鈦白廢液及閃鋅精礦聯合生產七水合硫酸鋅流程簡化如下：

回答下列問題：

(1)在焙燒過程中，產生了具有漂白性的氣體和金屬氧化物，其中氣體是_________，濾渣X的主要成分是_________________。

(2)氧化時，如果鼓入空氣不足，其弊端是__________，生成H2TiO3的相關離子反應方程式為____________，從生產實際考慮，調pH時，選擇加入石灰乳而不是燒堿的原因是_________。

(3)常溫下，濾液Y中鋅離子濃度約為6mol/L，若Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，Ksp[Zn(OH)2]=6.0×10-18。據此分析，加入石灰乳調節的pH應不超過________，此時溶液中還有的雜質陽離子為H+和__________。

(4)工業上，常用電解硫酸四氨合鋅(II)溶液（含[Zn(NH3)4]2+）制備單質鋅，其陰極的電極反應式為__________。

Answer 1

【答案】SO2（或二氧化硫） SiO2（或二氧化硅） Fe2＋氧化不完全，在調節pH時不能除盡Fe2＋ 2H2O＋TiO2＋=H2TiO3↓＋2H＋或TiO2＋＋Ca(OH)2=H2TiO3＋Ca2＋ Ca(OH)2來源廣，價格便宜 5 Ca2＋ [Zn(NH3)4]2＋＋2e－=Zn＋4NH3

【解析】

閃鋅精礦焙燒過程中ZnS和FeS會與O2反應，生成金屬氧化物和SO2，加入鈦白廢液，金屬氧化物會與鈦白廢液中的H2SO4反應，生成溶于水的硫酸鹽。過濾，不溶于酸的SiO2被除去。通過空氣氧化Fe2＋成Fe3+，加入石灰乳調節pH，以便轉化為Fe(OH)3沉淀除去，TiO2＋也轉化為H2TiO3沉淀除去，過濾得到ZnSO4溶液，最后得到ZnSO4·7H2O。

(1)由信息可知，焙燒過中發生反應：2ZnS＋3O2 2ZnO＋2SO2，4FeS＋7O22Fe2O3＋4SO2，所以放出的氣體是SO2；由于ZnO和Fe2O3均溶于硫酸，SiO2不溶于H2SO4，因此濾渣X為SiO2；

(2)通入空氣的目的是為了將Fe2＋氧化為Fe3＋從而形成Fe(OH)3除去，如果空氣不足，Fe2＋沒有被完全氧化，在調節pH時，不能完全除去Fe2＋；

加入石灰乳調節pH，TiO2＋轉化為H2TiO3，分析化合價可知，Ti的化合價沒有發生變化，根據原子守恒配平，則化學方程式為2H2O＋TiO2＋=H2TiO3↓＋2H＋或TiO2＋＋Ca(OH)2=H2TiO3＋Ca2＋；

生產實際考慮時，必須考慮原料的來源和價格，石灰乳Ca(OH)2來源廣，價格便宜；

(3)調節pH時，Fe3＋要沉淀完全，而Zn2＋不能沉淀，假設Fe3＋沉淀完全的濃度為1×10－5mol·L－1，c(Fe3＋)3c(OH－)= Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，可求出c(OH－)=1.6×10－11mol·L－1；當Zn2＋恰好沉淀時，c(Zn2＋)2c(OH－)= Ksp[Zn(OH)2]=6.0×10-18，c(Zn2＋)=6mol/L，可求出c(OH－)=10－9mol·L－1，則c(OH－)不應超過10－9mol·L－1，可計算最大的pH值，，因此pH應不超過5；

加入石灰乳Ca(OH)2調節pH時，生成的CaSO4是微溶物，因此濾液中還會有Ca2＋；

(4)根據信息，由[Zn(NH3)4]2＋制備Zn，在陰極，得電子發生還原反應，則電極反應為[Zn(NH3)4]2＋＋2e－=Zn＋4NH3。