Question

9．硫化鋅（ZnS）是一種重要的化工原料，難溶于水，可由煉鋅的廢渣鋅灰制取，其工藝流程如圖1所示．


（1）為提高鋅灰的浸取率，可采用的方法是①②③⑤（填序號）．
①研磨    ②多次浸取    ③升高溫度    ④加壓       ⑤攪拌
（2）步驟II中加入ZnC0₃的作用是ZnCO₃+2H⁺=Zn²⁺+CO₂↑+H₂O、Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3H⁺（用離子方程式表示），所得濾渣中的物質(zhì)是Fe（OH）₃、ZnCO₃（寫化學式）．
（3）步驟IV還可以回收Na₂SO₄來制取Na₂S及Na₂SO₄•10H₂0．
①等物質(zhì)的量的Na₂SO₄和CH₄在高溫、催化劑條件下可以制取Na₂S，化學反應(yīng)方程式為Na₂S0₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$Na₂S+2H₂O+CO₂；
②已知Na₂SO₄•10H₂0．
及Na₂SO₄的溶解度隨溫度變化曲線如圖2所示．從濾液中得到Na₂SO₄•10H₂0．
晶體的操作方法是蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾．
（4）若步驟II加入的ZnCO₃為bmol，步驟Ⅲ所得Cd為dmol，最后得到VL、物質(zhì)的量濃度為cmol/L的Na₂SO₄溶液．則理論上所用鋅灰中含有鋅元素的質(zhì)量為65（Vc-b-d）g．

Answer 1

分析 鋅灰與硫酸反應(yīng)得含有鎘離子、鋅離子、鐵離子、亞鐵離子等的溶液，加入雙氧水將二價鐵離子氧化為三價鐵離子，用碳酸鋅調(diào)節(jié)平衡pH使Fe（OH）₃完全沉淀，過濾后得到含有鎘離子、鋅離子的濾液Ⅰ和濾渣Fe（OH）₃、ZnCO₃；步驟Ⅲ中加入鋅，過濾后得溶液Ⅱ為硫酸鋅溶液，硫酸鋅溶液中加入硫化鈉可得硫酸鈉和硫化鋅，
（1）根據(jù)有效化學反應(yīng)速率的因素分析，如攪拌、適當升溫、將廢渣碾細成粉末、攪拌、多次浸取等都可提高鋅灰的浸取率；
（2）用碳酸鋅調(diào)節(jié)平衡pH使Fe（OH）₃完全沉淀，根據(jù)上面的分析判斷步驟Ⅱ所得濾渣的組成；
（3）①等物質(zhì)的量的Na₂S0₄和CH₄在高溫、催化劑條件下生成Na₂S，根據(jù)元素守恒寫出該化學反應(yīng)方程式；
②根據(jù)溶解度隨溫度變化曲線分析從濾液中得到Na₂SO₄.10H₂O的操作方法； 
（4）步驟Ⅲ所得Cd為d mol，則用于置換鎘的鋅的物質(zhì)的量為d mol，硫酸鈉的物質(zhì)的量為：VL×c mol/L=cVmol，所以硫酸鋅的物質(zhì)的量為cVmol，根據(jù)鋅元素守恒可知，樣品中鋅元素的物質(zhì)的量，然后根據(jù)m=nM計算出鋅灰中含有鋅元素的質(zhì)量．

解答 解：鋅灰與硫酸反應(yīng)得含有鎘離子、鋅離子、鐵離子、亞鐵離子等的溶液，加入雙氧水將二價鐵離子氧化為三價鐵離子，用碳酸鋅調(diào)節(jié)平衡pH使Fe（OH）₃完全沉淀，過濾后得到含有鎘離子、鋅離子的濾液Ⅰ和濾渣Fe（OH）₃、ZnCO₃；步驟Ⅲ中可得Cd單質(zhì)，為避免引入新的雜質(zhì)，試劑b應(yīng)為鋅，過濾后得溶液Ⅱ為硫酸鋅溶液，硫酸鋅溶液中加入硫化鈉可得硫酸鈉和硫化鋅，
（1）攪拌、適當升溫、將廢渣碾細成粉末、攪拌、多次浸取等都可提高鋅灰的浸取率，故選①②③⑤；
（2）根據(jù)上面的分析可知，用碳酸鋅調(diào)節(jié)平衡pH使Fe（OH）₃完全沉淀，反應(yīng)的離子方程式為ZnCO₃+2H⁺=Zn²⁺+CO₂↑+H₂O、Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3H⁺，所以步驟Ⅱ所得濾渣為Fe（OH）₃、ZnCO₃，
故答案為：ZnCO₃+2H⁺=Zn²⁺+CO₂↑+H₂O、Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3H⁺；Fe（OH）₃、ZnCO₃；
（3）①等物質(zhì)的量的Na₂S0₄和CH₄在高溫、催化劑條件下生成Na₂S，根據(jù)元素守恒可知，該化學反應(yīng)方程式為：Na₂S0₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$Na₂S+2H₂O+CO₂，
故答案為：Na₂S0₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$Na₂S+2H₂O+CO₂；
②根據(jù)溶解度隨溫度變化曲線可知，從濾液中得到Na₂SO₄.10H₂O的操作方法是蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾，
故答案為：蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾； 
（4）步驟Ⅲ所得Cd為d mol，則用于置換鎘的鋅的物質(zhì)的量為d mol，硫酸鈉的物質(zhì)的量為：VL×c mol/L=cVmol，所以硫酸鋅的物質(zhì)的量為cVmol，
根據(jù)鋅元素守恒可知，樣品中鋅元素的物質(zhì)的量為：cVmol-d mol-b mol，
所以鋅灰中含有鋅元素的質(zhì)量為：65g/mol×（cVmol-d mol-b mol）=65（Vc-b-d）g，
故答案為：65（Vc-b-d）g．

點評 本題為工藝流程題，通過從廢渣中制取硫化鋅的工藝流程，考查了溶解平衡的移動、氧化還原方程式的書寫、物質(zhì)的分離等知識，熟悉物質(zhì)的性質(zhì)、明確流程是解題關(guān)鍵，試題側(cè)重學生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，題目難度中等．