Question

8．利用濕法煉鋅產(chǎn)生的銅鎘渣生產(chǎn)金屬鎘的流程如圖：已知銅鎘渣主要含鋅、銅、鐵、鎘（Cd）、鈷（Co）等單質(zhì)．

表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為0.1mol•L^-1計(jì)算）：

氫氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cd（OH）2	Mn（OH）2
開始沉淀的pH	1.5	6.5	7.2	8.2
沉淀完全的pH	3.3	9.9	9.5	10.6

（1）為了提高銅鎘渣浸出的速率，可采取的措施有：①適當(dāng)升高溫度；②攪拌；③等．已知浸出的金屬離子均為二價，寫出浸出鈷的化學(xué)方程式Co+H₂SO₄=CoSO₄+H₂↑
（2）除鈷的過程中，需要加入活化劑Sb₂O₃，鋅粉會與Sb₂O₃等形成微電池產(chǎn)生合金CoSb．該微電池的正極反應(yīng)式為Sb₂O₃+Co²⁺+6H⁺+10e^-=2CoSb+3H₂O
（3）除鐵的過程分兩步進(jìn)行，①加入適量KMnO₄，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3Fe²⁺+MnO₄^-+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O，②加入ZnO控制反應(yīng)液的PH范圍為3.3-7.2
（4）除鐵過程第①步，若加入KMnO₄時條件控制不當(dāng)，MnO₂會繼續(xù)反應(yīng)，造成的結(jié)果是，若加入的KMnO₄不足量，則待電解溶液中有Fe元?dú)堄啵�請�(jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案加以驗(yàn)證．
（5）凈化后的溶液用惰性電極電解可獲得鎘單質(zhì)．電解廢液中可循環(huán)利用的溶質(zhì)是H₂SO₄
（6）處理含鎘廢水常用化學(xué)沉淀法，以下是幾種鎘的難溶化合物的溶度積常數(shù)（25℃）：
K_ap（CdCO₃）=5.2×10^-12   
K_ap（CdS）=3.6×10^-29    
K_ap（Cd（OH）₂）=2.0×10^-16，根據(jù)上述信息：
沉淀Cd²⁺效果最佳的試劑是b
a．Na₂CO₃         b．Na₂S      c．CaO
若采用生石灰處理含鎘廢水最佳PH為11，此時溶液中c（Cd²⁺）=2.0×10^-10 mol•L^-1．

Answer 1

分析 用濕法煉鋅產(chǎn)生的銅鎘渣生產(chǎn)金屬鎘的流程：銅鎘渣主要含鋅、銅、鐵、鎘（Cd）、鈷（Co）等單質(zhì)，加入稀硫酸，銅不溶，過濾，濾液含有Zn²⁺、Fe²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Co²⁺，向?yàn)V液加入鋅，活化劑Sb₂O₃，鋅粉會與Sb₂O₃等形成微電池產(chǎn)生合金CoSb除去鈷，向除鈷后的溶液中加入酸性高錳酸鉀氧化Fe²⁺為Fe³⁺，高錳酸鉀生成不溶的二氧化錳，加入氧化鋅調(diào)節(jié)pH使Fe³⁺沉淀與二氧化錳一起過濾除去，電解含有Zn²⁺、Co²⁺的溶液，可得鎘單質(zhì)，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）適當(dāng)升高溫度、攪拌、增大硫酸的濃度、經(jīng)銅鎘渣研成粉末可提高銅鎘渣浸出的速率，浸出鈷的化學(xué)方程式為Co+H₂SO₄=CoSO₄+H₂↑；
故答案為：增大硫酸的濃度（經(jīng)銅鎘渣研成粉末）；Co+H₂SO₄=CoSO₄+H₂↑；
（2）鋅粉會與Sb₂O₃等形成微電池產(chǎn)生合金CoSb，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：Sb₂O₃+Co²⁺+6H⁺+10e^-=2CoSb+3H₂O；
故答案為：Sb₂O₃+Co²⁺+6H⁺+10e^-=2CoSb+3H₂O；
（3）除鐵的過程分兩步進(jìn)行，①加入適量KMnO₄，酸性高錳酸鉀氧化Fe²⁺為Fe³⁺，高錳酸鉀生成不溶的二氧化錳，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3Fe²⁺+MnO₄^-+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O；加入ZnO控制反應(yīng)液的PH，目的是沉淀鐵離子，由表可知，pH大于3.3時，鐵離子沉淀完全，但不能沉淀Cd²⁺，pH小于7.2，則范圍為3.3-7.2；
故答案為：3Fe²⁺+MnO₄^-+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O；3.3-7.2；
（4）除鐵過程第①步，若加入KMnO₄時條件控制不當(dāng)，MnO₂會繼續(xù)反應(yīng)生成Mn²⁺，還原產(chǎn)物Mn²⁺，進(jìn)入電解液中，引入雜質(zhì)；
若加入的KMnO₄不足量，則待電解溶液中有亞鐵離子殘余，檢驗(yàn)亞鐵離子即可，方法為：取樣，向其中滴加H₂O₂后再滴入KSCN溶液，若溶液變紅（或向其中滴加K₃[Fe（CN）₆）]溶液，若產(chǎn)生藍(lán)色沉淀），則待電解液中含有Fe元素；
故答案為：還原產(chǎn)物Mn²⁺，進(jìn)入電解液中，引入雜質(zhì)；取樣，向其中滴加H₂O₂后再滴入KSCN溶液，若溶液變紅（或向其中滴加K₃[Fe（CN）₆）]溶液，若產(chǎn)生藍(lán)色沉淀），則待電解液中含有Fe元素；
（5）電解液中含有含有ZnSO₄、CoSO₄的溶液，電解發(fā)生的反應(yīng)為：2CoSO₄+2H₂O=2Cd+O₂↑+2H₂SO₄，硫酸可循環(huán)利用；
故答案為：H₂SO₄；
（6）根據(jù)溶度積常數(shù)大小分析，Ksp越小，溶解度越小，沉淀越完全，由表格可知CdS的Ksp最小，所以應(yīng)選Na₂S作沉淀劑；處理含鎘廢水最佳PH為11，根據(jù)Ksp=c（Cd²⁺）•c²（OH^-）=2.0×10^-16，已知c（OH^-）=10^-3，則c（Cd²⁺）=2.0×10^-10 mol•L^-1；
故答案為：b；2.0×10^-10 mol•L^-1．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計(jì)算等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．