Question

17．以某冶煉廠排放的廢酸（主要成分為鹽酸，含F(xiàn)e²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、H₃AsO₃等雜質(zhì)）和鋅渣（含ZnO、Zn及其他酸不溶物）為原料制備電池級(jí)ZnCl₂溶液的工藝流程如下：

回答下列問(wèn)題：
（1）H₃AsO₃（亞砷酸）中As元素的化合價(jià)是+3．
（2）“浸出”時(shí)反應(yīng)池應(yīng)遠(yuǎn)離火源，原因是反應(yīng)池中鋅與鹽酸反應(yīng)有H₂生成．
（3）“一次凈化”的目的是除Fe、As，加入KClO₃、FeCl₃發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為①KClO₃+3H₃AsO₃=KCl+3H₃AsO₄（或2FeCl₃+H₃AsO₃+H₂O=2FeCl₂+H₃AsO₄+2HCl）②KClO₃+6FeCl₂+6HCl=6FeCl₃+KCl+3H₂O③FeCl₃+H₃AsO₄$\frac{\underline{\;電爐\;}}{\;}$FeAsO₄↓+3HCl，濾渣A的成分是FeAsO₄、Fe（OH）₃．
（4）“產(chǎn)品”中的主要雜質(zhì)是KCl，避免產(chǎn)生該雜質(zhì)的改進(jìn)方案是用H₂O₂（或Cl₂）代替KClO₃．
（5）鋅聚苯胺電池具有價(jià)格便宜、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用前景廣闊．負(fù)極使用的是高純度鋅片，以 ZnCl₂和 NH₄Cl 為主要電解質(zhì)．鋅聚苯胺電池充電時(shí)，負(fù)極材料上的電極反應(yīng)式為Zn²⁺+2e^-=Zn．

Answer 1

分析 廢酸（主要成分為鹽酸，含F(xiàn)e²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、H₃AsO₃等雜質(zhì)）和鋅渣（含ZnO、Zn及其他酸不溶物），由流程可知，Zn、ZnO均與鹽酸反應(yīng)，且Zn可與Cu²⁺等發(fā)生置換反應(yīng)，過(guò)濾得到的濾渣中含Cu及其他酸不溶物，然后一次凈化，“一次凈化”的目的是除Fe、As，加入KClO₃、FeCl₃發(fā)生KClO₃+3H₃AsO₃=KCl+3H₃AsO₄（或2FeCl₃+H₃AsO₃+H₂O=2FeCl₂+H₃AsO₄+2HCl）、KClO₃+6FeCl₂+6HCl=6FeCl₃+KCl+3H₂O，F(xiàn)eCl₃+H₃AsO₄$\frac{\underline{\;電爐\;}}{\;}$FeAsO₄↓+3HCl，濾渣A的成分為FeAsO₄、Fe（OH）₃，再進(jìn)行二次凈化，加Zn除去Pb²⁺，過(guò)濾、蒸發(fā)得到ZnCl₂，但ZnCl₂中含KCl雜質(zhì)，以此來(lái)解答．

解答 解：廢酸（主要成分為鹽酸，含F(xiàn)e²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、H₃AsO₃等雜質(zhì)）和鋅渣（含ZnO、Zn及其他酸不溶物），由流程可知，Zn、ZnO均與鹽酸反應(yīng)，且Zn可與Cu²⁺等發(fā)生置換反應(yīng)，過(guò)濾得到的濾渣中含Cu及其他酸不溶物，然后一次凈化，“一次凈化”的目的是除Fe、As，加入KClO₃、FeCl₃發(fā)生KClO₃+3H₃AsO₃=KCl+3H₃AsO₄（或2FeCl₃+H₃AsO₃+H₂O=2FeCl₂+H₃AsO₄+2HCl）、KClO₃+6FeCl₂+6HCl=6FeCl₃+KCl+3H₂O，F(xiàn)eCl₃+H₃AsO₄$\frac{\underline{\;電爐\;}}{\;}$FeAsO₄↓+3HCl，濾渣A的成分為FeAsO₄、Fe（OH）₃，再進(jìn)行二次凈化，加Zn除去Pb²⁺，過(guò)濾、蒸發(fā)得到ZnCl₂，但ZnCl₂中含KCl雜質(zhì)，
（1）H₃AsO₃（亞砷酸）中H為+1價(jià)，O為-2價(jià)，由化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0可知As元素的化合價(jià)是+3，故答案為：+3；
（2）“浸出”時(shí)反應(yīng)池應(yīng)遠(yuǎn)離火源，原因是反應(yīng)池中鋅與鹽酸反應(yīng)有H₂生成，氫氣具有可燃性，故答案為：反應(yīng)池中鋅與鹽酸反應(yīng)有H₂生成；
（3）由上述分析可知，發(fā)生反應(yīng)為KClO₃+3H₃AsO₃=KCl+3H₃AsO₄（或2FeCl₃+H₃AsO₃+H₂O=2FeCl₂+H₃AsO₄+2HCl）、KClO₃+6FeCl₂+6HCl=6FeCl₃+KCl+3H₂O，濾渣A的成分為FeAsO₄、Fe（OH）₃，
故答案為：KClO₃+3H₃AsO₃=KCl+3H₃AsO₄（或2FeCl₃+H₃AsO₃+H₂O=2FeCl₂+H₃AsO₄+2HCl）；KClO₃+6FeCl₂+6HCl=6FeCl₃+KCl+3H₂O；FeAsO₄、Fe（OH）₃；
（4）“產(chǎn)品”中的主要雜質(zhì)是KCl，避免產(chǎn)生該雜質(zhì)的改進(jìn)方案是用H₂O₂（或Cl₂）代替KClO₃，故答案為：KCl；用H₂O₂（或Cl₂）代替KClO₃；
（5）負(fù)極使用的是高純度鋅片，以 ZnCl₂和 NH₄Cl 為主要電解質(zhì)．鋅聚苯胺電池充電時(shí)，負(fù)極材料上的電極反應(yīng)式為Zn²⁺+2e^-=Zn，故答案為：Zn²⁺+2e^-=Zn．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握制備實(shí)驗(yàn)流程中的反應(yīng)、混合物分離提純方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意（5）中陰極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)為易錯(cuò)點(diǎn)，題目難度中等．