工艺流程分析：含锌废催化剂中锌元素的提取与转化

工艺流程分析：含锌废催化剂中锌元素的提取与转化

工艺流程分析：含锌废催化剂中除含有大量的ZnO外，还可能含有CuO、Al2O3、Fe2O3等杂质，经过制浆、分散、浸出后，锌元素生成[Zn(NH3)4]CO3，过滤后将锌加入滤液中发生置换反应，得到锌铵溶液，将锌铵溶液加热蒸发，最终得到碱式碳酸锌沉淀。

（1）ZnO和Al2O3均溶于强碱，计算依据是ZnO和氢氧化钠反应生成的化学反应式；

（2）浸出过程中生成[Zn(NH3)4]CO3，反应物为ZnO和NH3。根据元素守恒定律写出该反应的化学反应式；

（3）①根据温度与锌浸出率的关系图，选择浸出率最高的温度为适宜温度。浸出过程中温度过高，氨的溶解度会下降，碳酸氢铵会分解；

②根据pH与锌浸出率的关系图，选取浸出率最高的pH值作为适宜的pH值，pH过高，氧化铝会溶解，从而引入铝酸根离子杂质；

（4）①洗涤沉淀物时，在滤器中加入蒸馏水，再进行与过滤同样的操作，重复2～3次；

②3、将(OH)y(CO3)z高温煅烧至其质量不再变化，生成的水为0.36g，二氧化碳为0.44g，剩余固体氧化锌的质量为2.43g。根据元素守恒定律计算出锌、氢、碳元素的摩尔比，进而确定x、y、z的配比及碱式碳酸锌的化学式；

③根据步骤②得到的数据，利用元素守恒定律，可以写出氮气蒸发反应的化学方程式。

答：工艺分析：含锌废催化剂除含有大量的ZnO外，还可能含有CuO、Al2O3、Fe2O3等杂质。锌元素经制浆、分散、浸出后生成[Zn(NH3)4]CO3。过滤后，将锌加入滤液中发生置换反应，得到锌铵溶液。将锌铵溶液加热蒸发，最终得到碱式碳酸锌沉淀。

（1）ZnO和Al2O3均易溶于强碱，ZnO与氢氧化钠反应生成Al2O3，反应化学方程式为2NaOH+ZnO═+H2O，根据反应方程式可知，消耗的能量为4L，也就是NaOH溶液的体积为4L。

所以答案是：4；

（2）浸出过程中生成[Zn(NH3)4]CO3，反应物为ZnO、NH3，反应化学方程式为ZnO+3NH3+=[Zn(NH3)4]CO3+H2O。

因此答案为：ZnO + 3NH3 +=[Zn(NH3)4]CO3 + H2O；

（3）①由温度与锌浸出率关系图可知，在328K左右浸出率最高，浸出过程中温度过高，氨的溶解度下降，同时碳酸氢铵会分解，不利于[Zn(NH3)4]CO3的生成。

因此答案为：328K；氨溶解度下降，碳酸氢铵分解，不利于[Zn(NH3)4]CO3的生成；

②由pH与锌浸出率关系图可知，pH值为9.5时浸出率最高。pH过高，氧化铝会溶解，从而引入铝酸根离子杂质。该反应离子方程式为Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O。

所以答案是：9.5；Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O；

（4） ①洗涤沉淀物时，沿玻璃棒向滤膜内加入蒸馏水，直至没过固体，待水排干后，重复2～3次。

所以答案是：沿着玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水，直至淹没固体，等水流出，重复2至3次；

②3、将(OH)y(CO3)z高温煅烧至其质量不再变化，生成的水为0.36g即0.02mol，生成的二氧化碳为0.44g即0.01mol，剩余固体氧化锌的质量为2.43g即0.03mol。根据元素守恒定律，锌、氢、碳的摩尔比为3：4：1。因此，碱式碳酸锌的化学式为Zn3(OH)4CO3。

所以答案是：Zn3(OH)4CO3；

③根据步骤②得到的数据，生成的固体为Zn3(OH)4CO3，因此氮气蒸发反应的化学反应式为3[Zn(NH3)4]CO3+2H2O$\frac{\{\;\;△\;\;}}{\;}$Zn3(OH)4CO3+12NH3↑+2CO2↑，

因此答案为：3[Zn（NH3）4]CO3+2H2O$\frac{\{\;\;△\;\;}}{\;}$Zn3（OH）4CO3+12NH3↑+2CO2↑。

点评：本题考查学生对工艺流程原理的理解、操作、实验条件的控制等，涉及铝、铁、铜等元素化合物的知识，以及常用化学术语的书写、分离纯化等，要求学生有扎实的基础知识和综合应用能力。本题难度适中，试题知识点多，综合性强，充分考察学生的分析、理解、化学实验、化学计算能力。