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化工
题目

以废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)为原料制备锌的流程如图1:,O2 适量 有机试 硫酸-|||-过量 (H)_(3)-(N{H)_(4)}_(4)Cl 溶液 溶液 (NH4)2S 剂萃取 反萃取-|||-废锌-|||-能化剂 浸取 过滤 深度 深度 过滤 操作a H 操作a 电解 →Zn-|||-除锰 铜-|||-滤渣1 滤渣2 水溶液 有机相已知:①“浸取”时,ZnO、CuO转化为[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+进入溶液;②25℃时,Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24;③深度除杂标准:溶液中,(n(杂质离子))/(n Zn{(N{H)_{3))}_(1) ^2+}};(1)“滤渣1”的主要成分为Mn(OH)2、 ____ 。(2)“深度除锰”是在碱性条件下将残留的Mn2+转化为MnO2离子方程式为 ____ 。(3)“深度除铜”时,锌的最终回收率,除铜效果(以反应后溶液中铜锌比(n(C{u)^2+))/(n Zn{(N{H)_{3))}_(4) ^2+}}=2.0×10-6表示}与(NH4)2S加入量[以(n(实际))/(n(理论))×100%表示]的关系曲线如图2所示。,O2 适量 有机试 硫酸-|||-过量 (H)_(3)-(N{H)_(4)}_(4)Cl 溶液 溶液 (NH4)2S 剂萃取 反萃取-|||-废锌-|||-能化剂 浸取 过滤 深度 深度 过滤 操作a H 操作a 电解 →Zn-|||-除锰 铜-|||-滤渣1 滤渣2 水溶液 有机相①当(NH4)2S加入量≥100%时,锌的最终回收率下降的原因是 ____ (用离子方程式表示),该反应的平衡常数为 ____ (保留3位有效数字)。(已知[Zn(NH3)4]2+的K稳=(c{ Zn{(N{H)_(3))}_(4) ^2+})/(c(Z(n)^2+)⋅{c)^4(N(H)_(3))}=2.9×109}②“深度除铜”时(NH4)2S加入量最好应选 ____ (填标号)。A.90%B.100%C.110%D.120%(4)“萃取”时有机萃取剂(用HA表示)萃取金属离子的原理可表示为:Mn++nHA(有机层)⇌MAn(有机层)+nH+(水层)。“反萃取”的目的是将有机层Zn2+转移到水层,为尽可能多的提高反萃取率,应选择的实验条件或采取的实验操作有 ____ (答两点)。(5)ZnO存在多种晶体结构,其中纤锌矿型和闪锌矿型是最常见的晶体结构,如图3结构。①图3a纤锌矿型ZnO晶体中O2-的配位数为 ____ 。②图3b闪锌矿型晶胞密度为ρg⋅cm-3,则Zn2+与O2-的最近距离为 ____ pm。(设NA为阿伏加德罗常数的值)以废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)为原料制备锌的流程如图1:,O2 适量 有机试 硫酸-|||-过量 (H)_(3)-(N{H)_(4)}_(4)Cl 溶液 溶液 (NH4)2S 剂萃取 反萃取-|||-废锌-|||-能化剂 浸取 过滤 深度 深度 过滤 操作a H 操作a 电解 →Zn-|||-除锰 铜-|||-滤渣1 滤渣2 水溶液 有机相已知:①“浸取”时,ZnO、CuO转化为[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+进入溶液;②25℃时,Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24;③深度除杂标准:溶液中,(n(杂质离子))/(n Zn{(N{H)_{3))}_(1) ^2+}};(1)“滤渣1”的主要成分为Mn(OH)2、 ____ 。(2)“深度除锰”是在碱性条件下将残留的Mn2+转化为MnO2离子方程式为 ____ 。(3)“深度除铜”时,锌的最终回收率,除铜效果(以反应后溶液中铜锌比(n(C{u)^2+))/(n Zn{(N{H)_{3))}_(4) ^2+}}=2.0×10-6表示}与(NH4)2S加入量[以(n(实际))/(n(理论))×100%表示]的关系曲线如图2所示。,O2 适量 有机试 硫酸-|||-过量 (H)_(3)-(N{H)_(4)}_(4)Cl 溶液 溶液 (NH4)2S 剂萃取 反萃取-|||-废锌-|||-能化剂 浸取 过滤 深度 深度 过滤 操作a H 操作a 电解 →Zn-|||-除锰 铜-|||-滤渣1 滤渣2 水溶液 有机相①当(NH4)2S加入量≥100%时,锌的最终回收率下降的原因是 ____ (用离子方程式表示),该反应的平衡常数为 ____ (保留3位有效数字)。(已知[Zn(NH3)4]2+的K稳=(c{ Zn{(N{H)_(3))}_(4) ^2+})/(c(Z(n)^2+)⋅{c)^4(N(H)_(3))}=2.9×109}②“深度除铜”时(NH4)2S加入量最好应选 ____ (填标号)。A.90%B.100%C.110%D.120%(4)“萃取”时有机萃取剂(用HA表示)萃取金属离子的原理可表示为:Mn++nHA(有机层)⇌MAn(有机层)+nH+(水层)。“反萃取”的目的是将有机层Zn2+转移到水层,为尽可能多的提高反萃取率,应选择的实验条件或采取的实验操作有 ____ (答两点)。(5)ZnO存在多种晶体结构,其中纤锌矿型和闪锌矿型是最常见的晶体结构,如图3结构。①图3a纤锌矿型ZnO晶体中O2-的配位数为 ____ 。②图3b闪锌矿型晶胞密度为ρg⋅cm-3,则Zn2+与O2-的最近距离为 ____ pm。(设NA为阿伏加德罗常数的值)

以废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)为原料制备锌的流程如图1:菁优网
已知:
①“浸取”时,ZnO、CuO转化为[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+进入溶液;
②25℃时,Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24;
③深度除杂标准:溶液中,$\frac{n(杂质离子)}{n\{{[Zn{(N{H}_{3})}_{1}]}^{2+}\}}$;
(1)“滤渣1”的主要成分为Mn(OH)2、 ____ 。
(2)“深度除锰”是在碱性条件下将残留的Mn2+转化为MnO2离子方程式为 ____ 。
(3)“深度除铜”时,锌的最终回收率,除铜效果{以反应后溶液中铜锌比$\frac{n(C{u}^{2+})}{n\{{[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2+}\}}$=2.0×10-6表示}与(NH4)2S加入量[以$\frac{n(实际)}{n(理论)}$×100%表示]的关系曲线如图2所示。
菁优网
①当(NH4)2S加入量≥100%时,锌的最终回收率下降的原因是 ____ (用离子方程式表示),该反应的平衡常数为 ____ (保留3位有效数字)。{已知[Zn(NH3)4]2+的K稳=$\frac{c\{{[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2+}\}}{c(Z{n}^{2+})⋅{c}^{4}(N{H}_{3})}$=2.9×109}
②“深度除铜”时(NH4)2S加入量最好应选 ____ (填标号)。
A.90%
B.100%
C.110%
D.120%
(4)“萃取”时有机萃取剂(用HA表示)萃取金属离子的原理可表示为:Mn++nHA(有机层)⇌MAn(有机层)+nH+(水层)。“反萃取”的目的是将有机层Zn2+转移到水层,为尽可能多的提高反萃取率,应选择的实验条件或采取的实验操作有 ____ (答两点)。
(5)ZnO存在多种晶体结构,其中纤锌矿型和闪锌矿型是最常见的晶体结构,如图3结构。
①图3a纤锌矿型ZnO晶体中O2-的配位数为 ____ 。
②图3b闪锌矿型晶胞密度为ρg⋅cm-3,则Zn2+与O2-的最近距离为 ____ pm。(设NA为阿伏加德罗常数的值)
以废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)为原料制备锌的流程如图1:菁优网
已知:
①“浸取”时,ZnO、CuO转化为[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+进入溶液;
②25℃时,Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24;
③深度除杂标准:溶液中,$\frac{n(杂质离子)}{n\{{[Zn{(N{H}_{3})}_{1}]}^{2+}\}}$;
(1)“滤渣1”的主要成分为Mn(OH)2、 ____ 。
(2)“深度除锰”是在碱性条件下将残留的Mn2+转化为MnO2离子方程式为 ____ 。
(3)“深度除铜”时,锌的最终回收率,除铜效果{以反应后溶液中铜锌比$\frac{n(C{u}^{2+})}{n\{{[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2+}\}}$=2.0×10-6表示}与(NH4)2S加入量[以$\frac{n(实际)}{n(理论)}$×100%表示]的关系曲线如图2所示。
菁优网
①当(NH4)2S加入量≥100%时,锌的最终回收率下降的原因是 ____ (用离子方程式表示),该反应的平衡常数为 ____ (保留3位有效数字)。{已知[Zn(NH3)4]2+的K稳=$\frac{c\{{[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2+}\}}{c(Z{n}^{2+})⋅{c}^{4}(N{H}_{3})}$=2.9×109}
②“深度除铜”时(NH4)2S加入量最好应选 ____ (填标号)。
A.90%
B.100%
C.110%
D.120%
(4)“萃取”时有机萃取剂(用HA表示)萃取金属离子的原理可表示为:Mn++nHA(有机层)⇌MAn(有机层)+nH+(水层)。“反萃取”的目的是将有机层Zn2+转移到水层,为尽可能多的提高反萃取率,应选择的实验条件或采取的实验操作有 ____ (答两点)。
(5)ZnO存在多种晶体结构,其中纤锌矿型和闪锌矿型是最常见的晶体结构,如图3结构。
①图3a纤锌矿型ZnO晶体中O2-的配位数为 ____ 。
②图3b闪锌矿型晶胞密度为ρg⋅cm-3,则Zn2+与O2-的最近距离为 ____ pm。(设NA为阿伏加德罗常数的值)

题目解答

答案

解:(1)由分析可知,“滤渣1”的主要成分为Mn(OH)2、SiO2和Fe(OH)3,
故答案为:SiO2、Fe(OH)3;
(2)在氨水存在的碱性条件下,过氧化氢和锰离子发生氧化还原反应生成二氧化锰沉淀和水、铵根离子,反应为$M{n}^{2+}+{H}_{2}{O}_{2}+2N{H}_{3}⋅{H}_{2}O=Mn{O}_{2}↓+2{H}_{2}O+2N{H}_{4}^{+}$,
故答案为:$M{n}^{2+}+{H}_{2}{O}_{2}+2N{H}_{3}⋅{H}_{2}O=Mn{O}_{2}↓+2{H}_{2}O+2N{H}_{4}^{+}$;
(3)①当(NH4)2S加入量≥100%时,锌的最终回收率下降的原因是过量的硫离子将锌转化为硫化锌沉淀,反应为${S}^{2-}+{[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2+}⇌ZnS↓+4N{H}_{3}$;该反应的平衡常数为$K=\frac{{c}^{4}(N{H}_{3})}{c({S}^{2-})•c({[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2-})}=\frac{{c}^{4}(N{H}_{3})•c(Z{n}^{2+})}{c({S}^{2-})•c({[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2-})•c(Z{n}^{2+})}=\frac{1}{{K}_{稳}×{K}_{sp}(ZnS)}=\frac{1}{2.9×1{0}^{9}×1.6×1{0}^{-24}}≈2.16×1{0}^{14}$,
故答案为:${S}^{2-}+{[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2+}⇌ZnS↓+4N{H}_{3}$;2.16×1014;
②由关系曲线图可知,“深度除铜”时,(NH4)2S加入量最好应120%,此时除铜效果较好且锌的回收率仍然较高,
故答案为:C;
(4)根据平衡移动${M}^{n+}+nHA(有机层)⇌M{A}_{n}(有机层)+n{H}^{+}(水层)$使平衡逆向移动,可适当提高氢离子浓度,或者使有机层与水层充分接触,即适当提高稀硫酸的浓度或充分振荡分液漏斗,
故答案为:适当提高稀硫酸的浓度或充分振荡分液漏斗;
(5)①图a中氧离子周围与4个锌离子相连,则纤锌矿型ZnO晶体中O2-的配位数为4,
故答案为:4;
②图b闪锌矿型晶胞密度为ρg•cm-3,设晶胞边长为apm;根据“均摊法”,晶胞中含$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=4$个Zn2+,4个O2-,则晶体密度$ρ=\frac{m}{V}=\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}×1{0}^{30}g/c{m}^{3}=\frac{3.24}{{a}^{3}{N}_{A}}×1{0}^{32}g/c{m}^{3}$,$a=\root{3}{\frac{3.24×1{0}^{32}}{ρ{N}_{A}}}pm$,Zn2+与O2-的距离为体对角线的四分之一,为:$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{3.24×1{0}^{32}}{ρ{N}_{A}}}pm$,
故答案为:$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{3.24×1{0}^{32}}{ρ{N}_{A}}}$。
解:(1)由分析可知,“滤渣1”的主要成分为Mn(OH)2、SiO2和Fe(OH)3,
故答案为:SiO2、Fe(OH)3;
(2)在氨水存在的碱性条件下,过氧化氢和锰离子发生氧化还原反应生成二氧化锰沉淀和水、铵根离子,反应为$M{n}^{2+}+{H}_{2}{O}_{2}+2N{H}_{3}⋅{H}_{2}O=Mn{O}_{2}↓+2{H}_{2}O+2N{H}_{4}^{+}$,
故答案为:$M{n}^{2+}+{H}_{2}{O}_{2}+2N{H}_{3}⋅{H}_{2}O=Mn{O}_{2}↓+2{H}_{2}O+2N{H}_{4}^{+}$;
(3)①当(NH4)2S加入量≥100%时,锌的最终回收率下降的原因是过量的硫离子将锌转化为硫化锌沉淀,反应为${S}^{2-}+{[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2+}⇌ZnS↓+4N{H}_{3}$;该反应的平衡常数为$K=\frac{{c}^{4}(N{H}_{3})}{c({S}^{2-})•c({[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2-})}=\frac{{c}^{4}(N{H}_{3})•c(Z{n}^{2+})}{c({S}^{2-})•c({[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2-})•c(Z{n}^{2+})}=\frac{1}{{K}_{稳}×{K}_{sp}(ZnS)}=\frac{1}{2.9×1{0}^{9}×1.6×1{0}^{-24}}≈2.16×1{0}^{14}$,
故答案为:${S}^{2-}+{[Zn{(N{H}_{3})}_{4}]}^{2+}⇌ZnS↓+4N{H}_{3}$;2.16×1014;
②由关系曲线图可知,“深度除铜”时,(NH4)2S加入量最好应120%,此时除铜效果较好且锌的回收率仍然较高,
故答案为:C;
(4)根据平衡移动${M}^{n+}+nHA(有机层)⇌M{A}_{n}(有机层)+n{H}^{+}(水层)$使平衡逆向移动,可适当提高氢离子浓度,或者使有机层与水层充分接触,即适当提高稀硫酸的浓度或充分振荡分液漏斗,
故答案为:适当提高稀硫酸的浓度或充分振荡分液漏斗;
(5)①图a中氧离子周围与4个锌离子相连,则纤锌矿型ZnO晶体中O2-的配位数为4,
故答案为:4;
②图b闪锌矿型晶胞密度为ρg•cm-3,设晶胞边长为apm;根据“均摊法”,晶胞中含$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=4$个Zn2+,4个O2-,则晶体密度$ρ=\frac{m}{V}=\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}×1{0}^{30}g/c{m}^{3}=\frac{3.24}{{a}^{3}{N}_{A}}×1{0}^{32}g/c{m}^{3}$,$a=\root{3}{\frac{3.24×1{0}^{32}}{ρ{N}_{A}}}pm$,Zn2+与O2-的距离为体对角线的四分之一,为:$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{3.24×1{0}^{32}}{ρ{N}_{A}}}pm$,
故答案为:$\frac{\sqrt{3}}{4}\root{3}{\frac{3.24×1{0}^{32}}{ρ{N}_{A}}}$。

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