Question

12．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，其工藝流程如圖所示．

（1）為提高鋅灰的浸取率，不宜采用的方法是④（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ZnCO₃的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe³⁺水解Fe（OH）₃而除去，所得濾渣的主要成分是Fe（OH）₃、ZnCO₃（寫化學(xué)式）．
（3）步驟Ⅲ中可得Cd單質(zhì)，為避免引入新的雜質(zhì)，試劑X應(yīng)為Zn．
（4）步驟Ⅳ還可以回收Na₂SO₄來制取Na₂S．
①檢驗(yàn)ZnS固體是否洗滌干凈的方法是取最后的洗滌液少許于試管，滴加幾滴BaCl₂溶液，若出現(xiàn)渾濁則未洗凈，反之則已洗凈．
②Na₂S可由等物質(zhì)的量的Na₂SO₄和CH₄在高溫、催化劑條件下制�。�化學(xué)反應(yīng)方程式為Na₂SO₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$Na₂S+2H₂O+CO₂．
（5）若步驟Ⅱ加入的ZnCO₃為bmol，步驟Ⅲ所得Cd為dmol，最后得到VLc mol/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(jià)鐵離子氧化為三價(jià)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、鋅離子的溶液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X應(yīng)為鋅，過濾后得溶液Ⅱ?yàn)榱蛩徜\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(xué)反應(yīng)速率的因素分析，如攪拌、適當(dāng)升溫、將廢渣碾細(xì)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）向含有鎘離子、鋅離子的溶液Ⅰ中加入鋅，即可置換出Cd單質(zhì)，又不引入新的雜質(zhì)；
（4）①檢驗(yàn)ZnS固體是否洗滌干凈也就是檢驗(yàn)最后一次洗滌液中是否含有硫酸根； 
②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(xué)反應(yīng)方程式；
（5）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(jì)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(jià)鐵離子氧化為三價(jià)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、鋅離子的溶液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X應(yīng)為鋅，過濾后得溶液Ⅱ?yàn)榱蛩徜\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(dāng)升溫、將廢渣碾細(xì)成粉末、攪拌、多次浸取等都可提高鋅灰的浸取率，加壓對鋅灰的浸取率無影響，
故答案為：④；
（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：調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe³⁺水解Fe（OH）₃而除去；Fe（OH）₃、ZnCO₃；
（3）向含有鎘離子、鋅離子的溶液Ⅰ中加入鋅，即可置換出Cd單質(zhì)，又不引入新的雜質(zhì)，
故答案為：Zn；
（4）①檢驗(yàn)ZnS固體是否洗滌干凈也就是檢驗(yàn)最后一次洗滌液中是否含有硫酸根，具體操作為：取最后的洗滌液少許于試管，滴加幾滴BaCl₂溶液，若出現(xiàn)渾濁則未洗凈，反之則已洗凈，
故答案為：取最后的洗滌液少許于試管，滴加幾滴BaCl₂溶液，若出現(xiàn)渾濁則未洗凈，反之則已洗凈；
②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(xué)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；
（5）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(diǎn)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(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，題目難度中等．