Question

8．利用湿法炼锌产生的铜镉渣生产金属镉的流程如图：已知铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉（Cd）、钴（Co）等单质．

表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为0.1mol•L^-1计算）：

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

（1）为了提高铜镉渣浸出的速率，可采取的措施有：①适当升高温度；②搅拌；③等．已知浸出的金属离子均为二价，写出浸出钴的化学方程式Co+H₂SO₄=CoSO₄+H₂↑
（2）除钴的过程中，需要加入活化剂Sb₂O₃，锌粉会与Sb₂O₃等形成微电池产生合金CoSb．该微电池的正极反应式为Sb₂O₃+Co²⁺+6H⁺+10e^-=2CoSb+3H₂O
（3）除铁的过程分两步进行，①加入适量KMnO₄，发生反应的离子方程式为3Fe²⁺+MnO₄^-+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O，②加入ZnO控制反应液的PH范围为3.3-7.2
（4）除铁过程第①步，若加入KMnO₄时条件控制不当，MnO₂会继续反应，造成的结果是，若加入的KMnO₄不足量，则待电解溶液中有Fe元残余．请设计实验方案加以验证．
（5）净化后的溶液用惰性电极电解可获得镉单质．电解废液中可循环利用的溶质是H₂SO₄
（6）处理含镉废水常用化学沉淀法，以下是几种镉的难溶化合物的溶度积常数（25℃）：
K_ap（CdCO₃）=5.2×10^-12   
K_ap（CdS）=3.6×10^-29    
K_ap（Cd（OH）₂）=2.0×10^-16，根据上述信息：
沉淀Cd²⁺效果最佳的试剂是b
a．Na₂CO₃         b．Na₂S      c．CaO
若采用生石灰处理含镉废水最佳PH为11，此时溶液中c（Cd²⁺）=2.0×10^-10 mol•L^-1．

Answer 1

分析 用湿法炼锌产生的铜镉渣生产金属镉的流程：铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉（Cd）、钴（Co）等单质，加入稀硫酸，铜不溶，过滤，滤液含有Zn²⁺、Fe²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Co²⁺，向滤液加入锌，活化剂Sb₂O₃，锌粉会与Sb₂O₃等形成微电池产生合金CoSb除去钴，向除钴后的溶液中加入酸性高锰酸钾氧化Fe²⁺为Fe³⁺，高锰酸钾生成不溶的二氧化锰，加入氧化锌调节pH使Fe³⁺沉淀与二氧化锰一起过滤除去，电解含有Zn²⁺、Co²⁺的溶液，可得镉单质，据此分析解答．

解答 解：（1）适当升高温度、搅拌、增大硫酸的浓度、经铜镉渣研成粉末可提高铜镉渣浸出的速率，浸出钴的化学方程式为Co+H₂SO₄=CoSO₄+H₂↑；
故答案为：增大硫酸的浓度（经铜镉渣研成粉末）；Co+H₂SO₄=CoSO₄+H₂↑；
（2）锌粉会与Sb₂O₃等形成微电池产生合金CoSb，正极得电子发生还原反应，反应式为：Sb₂O₃+Co²⁺+6H⁺+10e^-=2CoSb+3H₂O；
故答案为：Sb₂O₃+Co²⁺+6H⁺+10e^-=2CoSb+3H₂O；
（3）除铁的过程分两步进行，①加入适量KMnO₄，酸性高锰酸钾氧化Fe²⁺为Fe³⁺，高锰酸钾生成不溶的二氧化锰，发生反应的离子方程式为3Fe²⁺+MnO₄^-+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O；加入ZnO控制反应液的PH，目的是沉淀铁离子，由表可知，pH大于3.3时，铁离子沉淀完全，但不能沉淀Cd²⁺，pH小于7.2，则范围为3.3-7.2；
故答案为：3Fe²⁺+MnO₄^-+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O；3.3-7.2；
（4）除铁过程第①步，若加入KMnO₄时条件控制不当，MnO₂会继续反应生成Mn²⁺，还原产物Mn²⁺，进入电解液中，引入杂质；
若加入的KMnO₄不足量，则待电解溶液中有亚铁离子残余，检验亚铁离子即可，方法为：取样，向其中滴加H₂O₂后再滴入KSCN溶液，若溶液变红（或向其中滴加K₃[Fe（CN）₆）]溶液，若产生蓝色沉淀），则待电解液中含有Fe元素；
故答案为：还原产物Mn²⁺，进入电解液中，引入杂质；取样，向其中滴加H₂O₂后再滴入KSCN溶液，若溶液变红（或向其中滴加K₃[Fe（CN）₆）]溶液，若产生蓝色沉淀），则待电解液中含有Fe元素；
（5）电解液中含有含有ZnSO₄、CoSO₄的溶液，电解发生的反应为：2CoSO₄+2H₂O=2Cd+O₂↑+2H₂SO₄，硫酸可循环利用；
故答案为：H₂SO₄；
（6）根据溶度积常数大小分析，Ksp越小，溶解度越小，沉淀越完全，由表格可知CdS的Ksp最小，所以应选Na₂S作沉淀剂；处理含镉废水最佳PH为11，根据Ksp=c（Cd²⁺）•c²（OH^-）=2.0×10^-16，已知c（OH^-）=10^-3，则c（Cd²⁺）=2.0×10^-10 mol•L^-1；
故答案为：b；2.0×10^-10 mol•L^-1．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．