Question

18．現代煉鋅的方法可分為火法和濕法兩大類，鎘是生產硫酸鋅的副產品，屬于高毒性金屬，試回答下列相關問題．
（1）火法煉鋅是將閃鋅礦（主要含ZnS）通過浮選、焙燒使它轉化為氧化鋅，再把氧化鋅和焦炭混合，在鼓風爐中加熱至1373-1573K，使鋅蒸餾出來．主要反應為：
2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂；鼓風爐中：2C+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CO  ZnO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Zn+CO₂
從火法煉鋅蒸餾后的殘渣中含多種金屬單質及In₂O₃，可用硫酸提取銦，某研究機構對此研究數據如下．實驗中涉及的酸度（每升溶液中含硫酸的質量）與銦的浸出率如下圖1；硫酸溶液的體積與固體的體積比如圖2 
①當酸度為196時，其物質的量濃度為2mol•L^-1．
②從節約原料和浸出率考慮，適宜的酸度和液固比分別為：180、6：1．
（2）濕法煉鋅的主要工藝流程為：
①從保護環境和充分利用原料角度，如何處理或利用煙氣將煙道氣凈化，用于生產硫酸等．
②除去酸浸出液中的鐵，可用H₂O₂氧化，再調節pH使之形成Fe（OH）₃沉淀，寫出H₂O₂氧化Fe²⁺的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
③酸浸出液還含有Cd²⁺，為了防止鎘污染并回收鎘，根據它們性質的差異，可用氫氧化鈉溶液分離，已知Zn（OH）₂和氫氧化鋁一樣也具有兩性，試寫出分離的離子方程式Cd²⁺+2OH^-=Cd（OH）₂↓、Zn²⁺+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O[或Zn²⁺+4OH^-=Zn（OH）₄^2-]．

Answer 1

分析 （1）①根據酸度的定義計算，酸度為196時，說明1L溶液中硫酸的質量為196g，即硫酸為2mol，故濃度為2mol/L；
②根據圖象可以看出，當酸度為180或液固比為6：1時，浸出率變化不大；
（2）①閃鋅礦主要含ZnS，在焙燒時生成二氧化硫氣體，可用于生產硫酸；
②H₂O₂具有氧化性，在酸性條件下將具有還原性的Fe²⁺離子氧化成Fe³⁺離子，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
③Zn（OH）₂和氫氧化鋁一樣也具有兩性，既可與酸反應生成鹽和水，又能和堿反應生成鹽和水，可根據氫氧化鋁的反應來書寫．

解答 解：（1）①酸度為196時，說明1L溶液中硫酸的質量為196g，硫酸的物質的量為$\frac{196g}{98g/mol}$=2mol，濃度為2mol/L，
故答案為：2mol•L^-1；
②由圖象可以看出，當酸度為180或液固比為6：1時，浸出率變化不大，從節約原料和浸出率考慮，適宜的酸度和液固比分別為：180； 6：1，
故答案為：180； 6：1；
（2）①閃鋅礦主要含ZnS，在焙燒時生成二氧化硫氣體，如隨意排放會污染環境，可用于生產硫酸，故答案為：將煙道氣凈化，用于生產硫酸等；
②H₂O₂具有氧化性，在酸性條件下將具有還原性的Fe²⁺離子氧化成Fe³⁺離子，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
③根據Zn（OH）₂和氫氧化鋁一樣也具有兩性，既可與酸反應生成鹽和水，又能和堿反應生成鹽和水，酸浸出液還含有Cd²⁺，為了防止鎘污染并回收鎘，可加過量的堿溶液，反應分別為：Cd²⁺+2OH^-=Cd（OH）₂↓；Zn²⁺+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O[或Zn²⁺+4OH^-=Zn（OH）₄^2-]．
故答案為：Cd²⁺+2OH^-=Cd（OH）₂↓；Zn²⁺+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O[或Zn²⁺+4OH^-=Zn（OH）₄^2-]．

點評 本題以信息題目的形式考查金屬冶煉的一般原理，做題時注意題中給予的關鍵信息，如閃鋅礦的組成，酸度等問題，本題較為綜合，具有一定難度．