Question

【題目】某廢催化劑含SiO2、ZnO、ZnS和CuS。實(shí)驗(yàn)室從該廢催化劑中回收鋅和銅的一種流程如下圖所示。

浸出使用的裝置如圖所示。回答下列問題：

蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶

(1)第一次浸出必須選用裝置 _______(填“1”或“2”)，原因是 ________。濾渣1的主要成分有_______。

(2)第二次浸出時(shí)生成單質(zhì)硫，寫出反應(yīng)的離子方程式：_______________。該步驟即使加熱溫度不高也可能會有副反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)物之一是空氣的主要成分，分析可能原因是_____________________ 。

(3)從濾液2中得到CuSO4·5H2O的操作是 __________ 、過濾、洗滌。

(4)下列敘述中涉及到與該流程中的“操作①”相同操作的是_____________ 。

A.《肘后備急方》中治瘧疾：“青蒿一握，以水升漬，絞取汁，盡服之”

B.《本草衍義》中精制砒霜：“將生砒就置火上，以器覆之，令砒煙上飛著覆器”

C.《開寶本草》中獲取硝酸鉀：“冬月地上有霜，掃取以水淋汁后，乃煎煉而成”

D. 《本草綱目》中燒酒的制造工藝：“凡酸壞之酒，皆可蒸燒”

(5)若該廢催化劑中含12.8%的CuS，實(shí)驗(yàn)中稱取15.0g廢催化劑最終得到3.0gCuSO4·5H2O，則銅的回收率為 __________________ 。

Answer 1

【答案】1 有有毒氣體H2S生成，裝置2沒有尾氣吸收裝置 SiO2、CuS CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S Cu2+催化H2O2分解產(chǎn)生O2 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶 C 60.0%

【解析】

廢催化劑加入稀硫酸，第一次浸出主要發(fā)生反應(yīng)：ZnO＋H2SO4＝ZnSO4＋H2O、ZnS＋H2SO4＝ZnSO4＋H2S↑、Fe3O4＋4H2SO4＝FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O，過濾后濾液中ZnSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3，濃縮結(jié)晶得到粗ZnSO47H2O，濾渣1含有SiO2、CuS，向盛有濾渣1的反應(yīng)器中加H2SO4和H2O2溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成硫酸銅、硫，濾渣2含有硫和二氧化硅，濾液含有硫酸銅，經(jīng)濃硫酸結(jié)晶可得到硫酸銅晶體。

(1)根據(jù)題目化學(xué)工藝流程知，第一次浸出發(fā)生反應(yīng)：ZnO＋H2SO4＝ZnSO4＋H2O、ZnS＋H2SO4＝ZnSO4＋H2S↑，有有毒的氣體H2S生成，必須用氫氧化鈉溶液進(jìn)行尾氣處理，而裝置2沒有尾氣處理裝置，因此選1裝置， 催化劑中的SiO2和CuS不溶于硫酸，且與硫酸不反應(yīng)最終進(jìn)入濾渣1；

故答案為：1；有有毒氣體H2S生成，裝置2沒有尾氣吸收裝置；SiO2、CuS；

(2) 第二次浸出時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：CuS＋H2O2＋H2SO4═CuSO4＋S＋2H2O，相應(yīng)的離子方程式為：CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S；因?yàn)檫^氧化氫不穩(wěn)定，在銅離子催化作用下會分解產(chǎn)生氧氣，因此即使加熱溫度不高也可能會有副反應(yīng)發(fā)生；

故答案為：CuS+H2O2+2H+=Cu2++2H2O+S；Cu2+催化H2O2分解產(chǎn)生O2；

(3)濾液2主要溶質(zhì)是硫酸銅，從中得到硫酸銅晶體，應(yīng)采用降溫結(jié)晶法，具體操作是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶后過濾、洗滌得到硫酸銅晶體，

故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；

(4)A.提取青蒿素的過程是利用了萃取，故不選；

B.砒霜?dú)饣�以后又冷凝的結(jié)果,這種分離方法是升華，故不選；

C.硝酸鉀的溶解度隨溫度變化大，提純的方法是先加水溶解，然后蒸發(fā)結(jié)晶得到硝酸鉀晶體，與操作1相同，故選；

D.該過程涉及到的是蒸餾操作，故不選；

故答案為：C；

(5) 廢催化劑中Cu的物質(zhì)的量為15.0g×12.8%÷96g/mol＝0.02mol，3.0g CuSO4﹒5H2O中Cu的物質(zhì)含量的為3.0g÷250g/mol＝0.012mol，則銅的回收率為×100%＝60%，

故答案為：60%。