Question

12．硫化锌（ZnS）是一种重要的化工原料，难溶于水，可由炼锌的废渣锌灰制取，其工艺流程如图所示．

（1）为提高锌灰的浸取率，不宜采用的方法是④（填序号）．
    ①研磨    ②多次浸取    ③升高温度    ④加压       ⑤搅拌
（2）步骤Ⅱ中ZnCO₃的作用是调节溶液的pH，使Fe³⁺水解Fe（OH）₃而除去，所得滤渣的主要成分是Fe（OH）₃、ZnCO₃（写化学式）．
（3）步骤Ⅲ中可得Cd单质，为避免引入新的杂质，试剂X应为Zn．
（4）步骤Ⅳ还可以回收Na₂SO₄来制取Na₂S．
①检验ZnS固体是否洗涤干净的方法是取最后的洗涤液少许于试管，滴加几滴BaCl₂溶液，若出现浑浊则未洗净，反之则已洗净．
②Na₂S可由等物质的量的Na₂SO₄和CH₄在高温、催化剂条件下制取．化学反应方程式为Na₂SO₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$Na₂S+2H₂O+CO₂．
（5）若步骤Ⅱ加入的ZnCO₃为bmol，步骤Ⅲ所得Cd为dmol，最后得到VLc mol/L的Na₂SO₄溶液．则理论上所用锌灰中含有锌元素的质量为65（Vc-b-d）g．

Answer 1

分析 锌灰与硫酸反应得含有镉离子、锌离子、铁离子、亚铁离子等的溶液，加入双氧水将二价铁离子氧化为三价铁离子，用碳酸锌调节平衡pH使Fe（OH）₃完全沉淀，过滤后得到含有镉离子、锌离子的溶液Ⅰ和滤渣Fe（OH）₃、ZnCO₃；步骤Ⅲ中可得Cd单质，为避免引入新的杂质，试剂X应为锌，过滤后得溶液Ⅱ为硫酸锌溶液，硫酸锌溶液中加入硫化钠可得硫酸钠和硫化锌．
（1）根据有效化学反应速率的因素分析，如搅拌、适当升温、将废渣碾细成粉末、搅拌、多次浸取等都可提高锌灰的浸取率；
（2）用碳酸锌调节平衡pH使Fe（OH）₃完全沉淀，根据上面的分析判断步骤Ⅱ所得滤渣的组成；
（3）向含有镉离子、锌离子的溶液Ⅰ中加入锌，即可置换出Cd单质，又不引入新的杂质；
（4）①检验ZnS固体是否洗涤干净也就是检验最后一次洗涤液中是否含有硫酸根； 
②等物质的量的Na₂S0₄和CH₄在高温、催化剂条件下生成Na₂S，根据元素守恒写出该化学反应方程式；
（5）步骤Ⅲ所得Cd为d mol，则用于置换镉的锌的物质的量为d mol，硫酸钠的物质的量为：VL×c mol/L=cVmol，所以硫酸锌的物质的量为cVmol，根据锌元素守恒可知，样品中锌元素的物质的量，然后根据m=nM计算出锌灰中含有锌元素的质量．

解答 解：锌灰与硫酸反应得含有镉离子、锌离子、铁离子、亚铁离子等的溶液，加入双氧水将二价铁离子氧化为三价铁离子，用碳酸锌调节平衡pH使Fe（OH）₃完全沉淀，过滤后得到含有镉离子、锌离子的溶液Ⅰ和滤渣Fe（OH）₃、ZnCO₃；步骤Ⅲ中可得Cd单质，为避免引入新的杂质，试剂X应为锌，过滤后得溶液Ⅱ为硫酸锌溶液，硫酸锌溶液中加入硫化钠可得硫酸钠和硫化锌．
（1）搅拌、适当升温、将废渣碾细成粉末、搅拌、多次浸取等都可提高锌灰的浸取率，加压对锌灰的浸取率无影响，
故答案为：④；
（2）根据上面的分析可知，用碳酸锌调节平衡pH使Fe（OH）₃完全沉淀，反应的离子方程式为ZnCO₃+2H⁺=Zn²⁺+CO₂↑+H₂O、Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3H⁺，所以步骤Ⅱ所得滤渣为Fe（OH）₃、ZnCO₃，
故答案为：调节溶液的pH，使Fe³⁺水解Fe（OH）₃而除去；Fe（OH）₃、ZnCO₃；
（3）向含有镉离子、锌离子的溶液Ⅰ中加入锌，即可置换出Cd单质，又不引入新的杂质，
故答案为：Zn；
（4）①检验ZnS固体是否洗涤干净也就是检验最后一次洗涤液中是否含有硫酸根，具体操作为：取最后的洗涤液少许于试管，滴加几滴BaCl₂溶液，若出现浑浊则未洗净，反之则已洗净，
故答案为：取最后的洗涤液少许于试管，滴加几滴BaCl₂溶液，若出现浑浊则未洗净，反之则已洗净；
②等物质的量的Na₂S0₄和CH₄在高温、催化剂条件下生成Na₂S，根据元素守恒可知，该化学反应方程式为：Na₂S0₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$Na₂S+2H₂O+CO₂，
故答案为：Na₂S0₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$Na₂S+2H₂O+CO₂；
（5）步骤Ⅲ所得Cd为d mol，则用于置换镉的锌的物质的量为d mol，硫酸钠的物质的量为：VL×c mol/L=cVmol，所以硫酸锌的物质的量为cVmol，
根据锌元素守恒可知，样品中锌元素的物质的量为：cVmol-d mol-b mol，
所以锌灰中含有锌元素的质量为：65g/mol×（cVmol-d mol-b mol）=65（Vc-b-d）g，
故答案为：65（Vc-b-d）g．

点评 本题为工艺流程题，通过从废渣中制取硫化锌的工艺流程，考查了溶解平衡的移动、氧化还原方程式的书写、物质的分离等知识，熟悉物质的性质、明确流程是解题关键，试题侧重学生分析问题、解决问题能力的培养，题目难度中等．