Question

6．濕法煉鋅產(chǎn)生的銅鎘渣主要含鋅、銅、鐵、鎘（Cd）、鈷（Co）等單質(zhì)．一種由銅鎘渣生產(chǎn)金屬鎘的流程如圖：

表列出了相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為0.1mol•L^-1計算）：

氫氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cd（OH）2
開始沉淀的pH	1.5	6.5	7.2
沉淀完全的pH	3.3	9.9	9.5

（1）浸出過程中，不采用通入空氣的方法進行攪拌，原因是防止將Cu氧化浸出，其離子方程式是2Cu+4H⁺+O₂=2Cu²⁺+2H₂O．
（2）除鈷過程中，鋅粉會與As₂O₃形成微電池產(chǎn)生AsH₃．該微電池的正極反應式為As₂O₃+12H⁺+12e^-=2AsH₃+3H₂O．
（3）除鐵時先加入適量KMnO₄，再加入ZnO調(diào)節(jié)pH．
①除鐵過程中，理論上參加反應的物質(zhì)n（KMnO₄）：n（Fe²⁺）=1：3．
②除鐵時加入ZnO控制反應液pH的范圍為3.3～7.2．
（4）若上述流程中投入的KMnO₄不足量，則待電解溶液中有Fe元素殘余．請設計實驗方案加以驗證：取樣，向其中滴加H₂O₂后再滴入KSCN溶液，若溶液變紅（或向其中滴加K₃[Fe（CN）₆）]溶液，若產(chǎn)生藍色沉淀），則待電解液中含有Fe元素．
（5）凈化后的溶液用惰性電極電解可獲得鎘單質(zhì)．電解廢液中可循環(huán)利用的溶質(zhì)是H₂SO₄．

Answer 1

分析 用濕法煉鋅產(chǎn)生的銅鎘渣生產(chǎn)金屬鎘的流程：銅鎘渣主要含鋅、銅、鐵、鎘（Cd）、鈷（Co）等單質(zhì)，加入稀硫酸，銅不溶，過濾，濾液含有Zn²⁺、Fe²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Co²⁺，向濾液加入鋅，活化劑Sb₂O₃，鋅粉會與Sb₂O₃等形成微電池產(chǎn)生合金CoSb除去鈷，向除鈷后的溶液中加入酸性高錳酸鉀氧化Fe²⁺為Fe³⁺，高錳酸鉀生成不溶的二氧化錳，加入氧化鋅調(diào)節(jié)pH使Fe³⁺沉淀與二氧化錳一起過濾除去，電解含有Zn²⁺、Co²⁺的溶液，可得鎘單質(zhì)，據(jù)此分析解答，
（1）銅在酸性溶液中被氧氣氧化生成銅鹽和水；
（2）鋅粉會與As₂O₃形成微電池產(chǎn)生AsH₃．，正極得電子發(fā)生還原反應；
（3）①除鐵過程中，理論上參加反應的物質(zhì)n（KMnO₄）：n（Fe²⁺）之比可以書寫氧化還原反應離子方程式得到定量關系；
②加入ZnO控制反應液的PH，目的是沉淀鐵離子；
（4）除鐵過程第①步，若加入KMnO₄時條件控制不當，MnO₂會繼續(xù)反應生成Mn²⁺，還原產(chǎn)物Mn²⁺，進入電解液中，引入雜質(zhì)；若加入的KMnO₄不足量，則待電解溶液中有亞鐵離子殘余，檢驗亞鐵離子即可；
（5）電解液中含有含有ZnSO₄、CoSO₄的溶液，電解過程中生成硫酸；

解答 解：（1）銅在酸性溶液中被氧氣氧化生成銅鹽和水，反應的化學方程式為：2Cu+4H⁺+O₂=2Cu²⁺+2H₂O，
故答案為：2Cu+4H⁺+O₂=2Cu²⁺+2H₂O；
（2）鋅粉會與As₂O₃形成微電池產(chǎn)生AsH₃．，正極得電子發(fā)生還原反應，反應式為：As₂O₃+12H⁺+12e^-=2AsH₃+3H₂O，
故答案為：As₂O₃+12H⁺+12e^-=2AsH₃+3H₂O
（3）①除鐵加入適量KMnO₄，酸性高錳酸鉀氧化Fe²⁺為Fe³⁺，高錳酸鉀生成不溶的二氧化錳，發(fā)生反應的離子方程式為3Fe²⁺+MnO₄^-+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O，理論上參加反應的物質(zhì)n（KMnO₄）：n（Fe²⁺）=1：3，
故答案為：1：3；
 ②加入ZnO控制反應液的PH，目的是沉淀鐵離子，由表可知，pH大于3.3時，鐵離子沉淀完全，但不能沉淀Cd²⁺，pH小于7.2，則范圍為3.3-7.2；
故答案為：3.3～7.2；
（4）除鐵過程第①步，若加入KMnO₄時條件控制不當，MnO₂會繼續(xù)反應生成Mn²⁺，還原產(chǎn)物Mn²⁺，進入電解液中，引入雜質(zhì)；若加入的KMnO₄不足量，則待電解溶液中有亞鐵離子殘余，檢驗亞鐵離子即可，方法為：取樣，向其中滴加H₂O₂后再滴入KSCN溶液，若溶液變紅（或向其中滴加K₃[Fe（CN）₆）]溶液，若產(chǎn)生藍色沉淀），則待電解液中含有Fe元素；
故答案為：取樣，向其中滴加H₂O₂后再滴入KSCN溶液，若溶液變紅（或向其中滴加K₃[Fe（CN）₆）]溶液，若產(chǎn)生藍色沉淀），則待電解液中含有Fe元素；
（5）電解液中含有含有ZnSO₄、CoSO₄的溶液，電解發(fā)生的反應為：2CoSO₄+2H₂O=2Cd+O₂↑+2H₂SO₄，硫酸可循環(huán)利用；
故答案為：H₂SO₄．

點評 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應、對條件的控制選擇與理解等，理解工藝流程原理是解題的關鍵，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，題目難度中等．