Question

3．硫化鋅（ZnS）是一種重要的化工原料，難溶于水，可由煉鋅的廢渣鋅灰制取，其工藝流程如圖1：

（1）為提高鋅灰的浸取效率，不采用的方法是⑤（填序號）
①研磨   ②攪拌  ③多次浸取  ④升高溫度  ⑤加壓
（2）步驟Ⅱ所得濾渣中的物質(zhì)是Fe（OH）₃、ZnCO₃（寫化學(xué)式）．
（3）步驟Ⅲ中可得Cd單質(zhì)，為避免引入新的雜質(zhì)，試劑b應(yīng)為Zn（或鋅）．
（4）步驟Ⅳ還可以回收Na₂SO₄來制取Na₂S．
①檢驗ZnS固體是否洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液少許于試管，滴加幾滴BaCl₂溶液，若出現(xiàn)渾濁則未洗凈，反之則已洗凈，
②Na₂S可由等物質(zhì)的量的Na₂SO₄和CH₄在高溫、催化劑條件下制取．化學(xué)反應(yīng)方程式為Na₂S0₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$Na₂S+2H₂O+CO₂；
③已知Na₂SO₄•10H₂O及Na₂SO₄的溶解度隨溫度變化曲線如圖2．從濾液中得到Na₂SO₄•10H₂O的操作方法是蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾．
（5）若步驟Ⅱ加入的ZnCO₃為b mol，步驟Ⅲ所得Cd為d mol，最后得到VL、物質(zhì)的量濃度為c mol/L的Na₂SO₄溶液．則理論上所用鋅灰中含有鋅元素的質(zhì)量為65（Vc-b-d）g g．（Zn--65）

Answer 1

分析 鋅灰與硫酸反應(yīng)得含有鎘離子、鋅離子、鐵離子、亞鐵離子等的溶液，加入雙氧水將二價鐵離子氧化為三價鐵離子，用碳酸鋅調(diào)節(jié)平衡pH使Fe（OH）₃完全沉淀，過濾后得到含有鎘離子、鋅離子的濾液Ⅰ和濾渣Fe（OH）₃、ZnCO₃；步驟Ⅲ中可得Cd單質(zhì)，為避免引入新的雜質(zhì)，試劑b應(yīng)為鋅，過濾后得溶液Ⅱ為硫酸鋅溶液，硫酸鋅溶液中加入硫化鈉可得硫酸鈉和硫化鋅，
（1）根據(jù)有效化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析，如攪拌、適當(dāng)升溫、將廢渣碾細(xì)成粉末、攪拌、多次浸取等都可提高鋅灰的浸取率；
（2）根據(jù)上面的分析判斷步驟Ⅱ所得濾渣的組成；
（3）根據(jù)分析可知試劑b的名稱；
（4）①ZnS固體是從硫酸鈉溶液中析出的，所以檢驗ZnS固體是否洗滌干凈，可以通過檢驗洗滌液中是否含有硫酸根離子判斷；
②等物質(zhì)的量的Na₂S0₄和CH₄在高溫、催化劑條件下生成Na₂S，根據(jù)元素守恒寫出該化學(xué)反應(yīng)方程式；
③根據(jù)溶解度隨溫度變化曲線分析從濾液中得到Na₂SO₄.10H₂O的操作方法； 
（5）步驟Ⅲ所得Cd為d mol，則用于置換鎘的鋅的物質(zhì)的量為d mol，硫酸鈉的物質(zhì)的量為：VL×c mol/L=cVmol，所以硫酸鋅的物質(zhì)的量為cVmol，根據(jù)鋅元素守恒可知，樣品中鋅元素的物質(zhì)的量，然后根據(jù)m=nM計算出鋅灰中含有鋅元素的質(zhì)量．

解答 解：鋅灰與硫酸反應(yīng)得含有鎘離子、鋅離子、鐵離子、亞鐵離子等的溶液，加入雙氧水將二價鐵離子氧化為三價鐵離子，用碳酸鋅調(diào)節(jié)平衡pH使Fe（OH）₃完全沉淀，過濾后得到含有鎘離子、鋅離子的濾液Ⅰ和濾渣Fe（OH）₃、ZnCO₃；步驟Ⅲ中可得Cd單質(zhì)，為避免引入新的雜質(zhì)，試劑b應(yīng)為鋅，過濾后得溶液Ⅱ為硫酸鋅溶液，硫酸鋅溶液中加入硫化鈉可得硫酸鈉和硫化鋅，
（1）攪拌、適當(dāng)升溫、將廢渣碾細(xì)成粉末、攪拌、多次浸取等都可提高鋅灰的浸取率，不采用的方法是⑤加壓，
故答案為：⑤；
（2）根據(jù)上面的分析可知，步驟Ⅱ所得濾渣為Fe（OH）₃、ZnCO₃，
故答案為：Fe（OH）₃、ZnCO₃；
（3）根據(jù)上面的分析可知，試劑b應(yīng)為鋅，
故答案為：Zn（或鋅）；
（4）①ZnS固體是從硫酸鈉溶液中析出的，所以檢驗ZnS固體是否洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液少許于試管，滴加幾滴BaCl₂溶液，若出現(xiàn)渾濁則未洗凈，反之則已洗凈，
故答案為：取最后一次洗滌液少許于試管，滴加幾滴BaCl₂溶液，若出現(xiàn)渾濁則未洗凈，反之則已洗凈；
②等物質(zhì)的量的Na₂S0₄和CH₄在高溫、催化劑條件下生成Na₂S，根據(jù)元素守恒可知，該化學(xué)反應(yīng)方程式為：Na₂S0₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$Na₂S+2H₂O+CO₂，
故答案為：Na₂S0₄+CH₄$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$Na₂S+2H₂O+CO₂；
③根據(jù)溶解度隨溫度變化曲線可知，從濾液中得到Na₂SO₄.10H₂O的操作方法是蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾，
故答案為：蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾； 
（5）步驟Ⅲ所得Cd為d mol，則用于置換鎘的鋅的物質(zhì)的量為d mol，硫酸鈉的物質(zhì)的量為：VL×c mol/L=cVmol，所以硫酸鋅的物質(zhì)的量為cVmol，
根據(jù)鋅元素守恒可知，樣品中鋅元素的物質(zhì)的量為：cVmol-d mol-b mol，
所以鋅灰中含有鋅元素的質(zhì)量為：65g/mol×（cVmol-d mol-b mol）=65（Vc-b-d）g，
故答案為：65（Vc-b-d）g．

點評 本題為工藝流程題，通過從廢渣中制取硫化鋅的工藝流程，考查了溶解平衡的移動、氧化還原方程式的書寫、物質(zhì)的分離等知識，熟悉物質(zhì)的性質(zhì)、明確流程是解題關(guān)鍵，試題側(cè)重學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，題目難度中等．