Question

16．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t其工艺流程如图1所示．

（1）为提高锌灰的浸取率，可采用的方法是①②③⑤（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中加入ZnCO₃的作用是ZnCO₃+2H⁺=Zn²⁺+CO₂↑+H₂O、Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3H⁺（用离子方程式表示），所得滤渣中的物质是Fe（OH）₃、ZnCO₃（写化学式）．
（3）步骤Ⅳ还可以回收Na₂SO₄来制取Na₂S及Na₂SO₄•10H₂O．
①等物质的量的Na₂SO₄和CH₄在高温、催化剂条件下可以制取Na₂S，化学反应方程式为Na₂S0₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$Na₂S+2H₂O+CO₂；
②Na₂S可由等物质的量的Na₂S0₄和CH₄在高温、催化剂条件下制取．化学反应方程式为Na₂S0₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$Na₂S+2H₂O+CO₂；
③已知Na₂SO₄•10H₂O及Na₂SO₄的溶解度随温度变化曲线如图2．从滤液中得到Na₂SO₄•10H₂O晶体的操作方法是蒸发浓缩，降温结晶，过滤
（4）若步骤Ⅱ加入的ZnCO₃为b　mol，步骤Ⅲ所得Cd为d　mol，最后得到VL、物质的量浓度为
c　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、锌离子的滤液Ⅰ和滤渣Fe（OH）₃、ZnCO₃；步骤Ⅲ中加入锌，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）①②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；
③根据溶解度随温度变化曲线分析从滤液中得到Na₂SO₄.10H₂O的操作方法； 
（4）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、锌离子的滤液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b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，故选①②③⑤；
（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：ZnCO₃+2H⁺=Zn²⁺+CO₂↑+H₂O、Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3H⁺；Fe（OH）₃、ZnCO₃；
（3）①②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；
③根据溶解度随温度变化曲线可知，从滤液中得到Na₂SO₄.10H₂O的操作方法是蒸发浓缩，降温结晶，过滤，
故答案为：蒸发浓缩，降温结晶，过滤； 
（4）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．