Question

【題目】我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家，一種以閃鋅礦（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì)）為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：

相關金屬離子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子	Fe3+	Fe2+	Zn2+	Cd2+
開始沉淀的pH	1.5	6.3	6.2	7.4
沉淀完全的pH	2.8	8.3	8.2	9.4

請回答下列問題：

（1）焙燒過程中產(chǎn)生的氣體化學式__。

（2）溶浸時，提高浸出率的方法有____。（至少寫出兩種）

（3）利用Fe(OH)3懸濁液與含SO2的煙氣反應生成FeSO4，可以使煙氣脫硫，該反應的離子方程式為__。產(chǎn)物FeSO4在空氣中煅燒生成鐵紅和三氧化硫，該反應中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為__。

（4）氧化除雜時，加入ZnO調(diào)節(jié)溶液pH，當用廣泛pH試紙測得pH值為___時，可認為已達除雜目的。

A．2 B．2.8 C．4 D．6.2

（5）濾渣3成分為______。

（6）若將閃鋅礦直接浸入稀硫酸，要使0.10 molZnS完全溶于1LH2SO4（發(fā)生反應ZnS+H2SO4 =ZnSO4+H2S），則需H2SO4的最低濃度為___。（Ksp[ZnS]＝2.5×10－22，H2S的K1＝1×10－7，K2＝1×10－14，忽略反應前后液體體積變化）

Answer 1

【答案】SO2 升溫、粉碎、攪拌、提高硫酸濃度、延長溶浸時間等 2Fe(OH)3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+4H2O 1:4 C Cd，Zn 0.2 mol/L

【解析】

閃鋅礦焙燒時，S元素與氧氣反應生成二氧化硫氣體；酸浸時金屬氧化物與硫酸反應生成相應的鹽，PbSO4、二氧化硅不溶于酸，則濾渣1為PbSO4、二氧化硅；加氧氣、ZnO調(diào)節(jié)pH除去Fe元素；加入Zn粉除去溶液中的Cd2+離子；

（1）焙燒過程中將硫化物轉(zhuǎn)化為氧化物，因此氣體為SO2。

（2）升高溫度、固體粉碎及提高硫酸濃度可加快反應速率，則提高浸出率的方法有升溫、粉碎、攪拌、提高硫酸濃度、延長溶浸時間等。

（3）Fe(OH)3脫硫時，Fe(OH)3懸濁液與含SO2的煙氣反應生成FeSO4，發(fā)生2Fe(OH)3+ SO2+2H+=2Fe2++SO42-+4H2O。FeSO4在空氣中煅燒的過程中作為還原劑FeSO4中Fe2+化合價升高1，氧氣降低4，化合價升降總數(shù)相等，則氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1:4。

（4）根據(jù)題意用ZnO調(diào)節(jié)pH需在2.8~6.2之間，但考慮到廣泛pH試紙的精度為整數(shù)，答案為C。

（5）還原除雜流程中溶液中金屬陽離子還有Cd2+、Zn2+，因此利用金屬Zn的還原性置換出雜質(zhì)Cd，由于鋅粉過量故濾渣3為Cd，Zn。

（6）依照題意，當0.10 mol ZnS完全溶于1LH2SO4時

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。