Question

【题目】我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：

相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子	Fe3+	Fe2+	Zn2+	Cd2+
开始沉淀的pH	1.5	6.3	6.2	7.4
沉淀完全的pH	2.8	8.3	8.2	9.4

请回答下列问题：

（1）焙烧过程中产生的气体化学式__。

（2）溶浸时，提高浸出率的方法有____。（至少写出两种）

（3）利用Fe(OH)3悬浊液与含SO2的烟气反应生成FeSO4，可以使烟气脱硫，该反应的离子方程式为__。产物FeSO4在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为__。

（4）氧化除杂时，加入ZnO调节溶液pH，当用广泛pH试纸测得pH值为___时，可认为已达除杂目的。

A．2 B．2.8 C．4 D．6.2

（5）滤渣3成分为______。

（6）若将闪锌矿直接浸入稀硫酸，要使0.10 molZnS完全溶于1LH2SO4（发生反应ZnS+H2SO4 =ZnSO4+H2S），则需H2SO4的最低浓度为___。（Ksp[ZnS]＝2.5×10－22，H2S的K1＝1×10－7，K2＝1×10－14，忽略反应前后液体体积变化）

Answer 1

【答案】SO2 升温、粉碎、搅拌、提高硫酸浓度、延长溶浸时间等 2Fe(OH)3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+4H2O 1:4 C Cd，Zn 0.2 mol/L

【解析】

闪锌矿焙烧时，S元素与氧气反应生成二氧化硫气体；酸浸时金属氧化物与硫酸反应生成相应的盐，PbSO4、二氧化硅不溶于酸，则滤渣1为PbSO4、二氧化硅；加氧气、ZnO调节pH除去Fe元素；加入Zn粉除去溶液中的Cd2+离子；

（1）焙烧过程中将硫化物转化为氧化物，因此气体为SO2。

（2）升高温度、固体粉碎及提高硫酸浓度可加快反应速率，则提高浸出率的方法有升温、粉碎、搅拌、提高硫酸浓度、延长溶浸时间等。

（3）Fe(OH)3脱硫时，Fe(OH)3悬浊液与含SO2的烟气反应生成FeSO4，发生2Fe(OH)3+ SO2+2H+=2Fe2++SO42-+4H2O。FeSO4在空气中煅烧的过程中作为还原剂FeSO4中Fe2+化合价升高1，氧气降低4，化合价升降总数相等，则氧化剂和还原剂的物质的量之比为1:4。

（4）根据题意用ZnO调节pH需在2.8~6.2之间，但考虑到广泛pH试纸的精度为整数，答案为C。

（5）还原除杂流程中溶液中金属阳离子还有Cd2+、Zn2+，因此利用金属Zn的还原性置换出杂质Cd，由于锌粉过量故滤渣3为Cd，Zn。

（6）依照题意，当0.10 mol ZnS完全溶于1LH2SO4时

ZnS + H2SO4 == ZnSO4 + H2S

0.10 0.10 0.10 0.10

故C(Zn2+)=0.10 mol/L，C(H2S)=0.10mol/L，C(S2)=Ksp(ZnS)/C(Zn2+)=2.5×10－21，K1 K2= C2 (H +)× C(S2)/C(H2S)=1×10－21，C(H+)=0.20 mol/L，C(H2SO4 )=0.10+0.10=0.20mol/L。