Question

7．内锌矿的主要成分为ZnS，含有杂质PbS、CuS、FeS、SiO₂等，以闪锌矿制备氯化锌的流程如图所示．

请回答下列问题：
（1）配制氯化铁浸渍液时要求pH为0.8～1之间，pH太高则铁离子会水解，pH太低，浸渍矿石会产生有害气体硫化氢，操作①是过滤．由氯化锌溶液制备氯化锌晶体的方法是加入盐酸再蒸发．
（2）高沸点溶剂R-4E几乎不溶于水，120℃时硫在R-4E里的溶解度为365g，室温时溶解度为35.9g，从浸出液B提取硫的方法是冷却饱和溶液．硫是工业制备硫酸的原料，现有1吨矿石，硫的总含量为24%，最多制备浓度98%的硫酸0.75吨．
（3）氯化铁与硫化锌发生反应：2FeCl₃+ZnS═ZnCl₂+2FeCl₂+S，则氯化铁与FeS反应的方程式为2FeCl₃+FeS═3FeCl₂+S．
（4）溶液X的成分的化学式为ZnCl₂、FeCl₂，该流程中循环使用的物质是溶剂R-4E、有机萃取剂TBP、氯化铁溶液．
（5）由氯化亚铁溶液制备氯化铁溶液，可以用H₂O₂、Cl₂，但生产成本高．酸性条件下，使用催化剂在50℃左右通入氧气转化的成本极低，反应的离子方程式为4Fe²⁺+4H⁺+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4Fe³⁺+2H₂O．

Answer 1

分析 依据流程分析，闪锌矿的主要成分为ZnS，含有杂质PbS、CuS、FeS、SiO₂等，用氯化铁溶液浸取，发生氧化还原反应生成硫单质，过滤得矿渣中含有硫、二氧化硅等，滤液A中含有氯化亚铁、氯化锌、氯化铅等，矿渣用高沸点溶剂R-4E浸取出硫，经过冷却结晶可得硫单质，溶剂R-4E可循环利用，滤液A中加入锌，置换出溶液中的铜离子、亚铅离子等，过滤除去置换出的金属，得氯化锌、氯化亚铁的混合溶液X，溶液X中加入有机萃取剂TBP，将有机层再反萃取，得氯化锌溶液，有机萃取剂TBP可循环利用，氯化亚铁溶液中通入氯气得氯化铁溶液，氯化铁溶液可循环利用，据此答题．

解答 解：（1）因为铁离子会水解呈酸性，所以配制氯化铁浸渍液时要求pH为0.8～1之间，防止铁离子水解，矿石的主要成份为硫化物，溶液pH太低，会产生硫化氢气体，分离固体和液体一般用过滤操作，由氯化锌溶液制备氯化锌晶体时，要防止锌离子水解产生氢氧化锌，所以操作的方法是加入盐酸再蒸发，
故答案为：铁离子会水解；硫化氢；过滤；加入盐酸再蒸发；
（2）根据题中数据，硫在R-4E里的溶解度受温度影响较大，所以从浸出液B提取硫的方法是冷却饱和溶液，1吨矿石，硫的总含量为24%，所以硫元素的质量为0.24t，根据硫元素守恒可知，可制备浓度98%的硫酸的质量为$\frac{0.24}{32×98%}×98$t=0.75t，
故答案为：冷却饱和溶液；0.75；
（3）根据氯化铁与硫化锌发生反应：2FeCl₃+ZnS═ZnCl₂+2FeCl₂+S可知，氯化铁与FeS反应，铁离子能氧化-2价的硫生成硫单质，反应的方程式为2FeCl₃+FeS═3FeCl₂+S，
故答案为：2FeCl₃+FeS═3FeCl₂+S；
（4）根据上面的分析可知，溶液X的成分的化学式为ZnCl₂、FeCl₂，该流程中循环使用的物质是溶剂R-4E、有机萃取剂TBP、氯化铁溶液，
故答案为：ZnCl₂、FeCl₂；溶剂R-4E、有机萃取剂TBP、氯化铁溶液；
（5）酸性条件下，使用催化剂在50℃左右通入氧气可将亚铁离子氧化成铁离子，反应的离子方程式为4Fe²⁺+4H⁺+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：4Fe²⁺+4H⁺+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4Fe³⁺+2H₂O．

点评 本题为工艺流程题，通过氯化锌的制备，考查了盐类的水解、化学方程式、离子方程式的书写、物质分离提纯的方法等，明确工艺流程及各种物质的性质是解题关键，题目难度中等．