Question

15．湿法炼锌为现代炼锌的主要方法，下列是以硫化锌精矿为原料制备单质锌的工业流程．

（1）烟气不能直接排放，可用于制取一种常见的强酸，该强酸为H₂SO₄
（2）浸出液以硫酸锌为主，还含有Fe³⁺、Fe²⁺、A1³⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、C1^一等杂质，会影响锌的电解，必须除去．净化过程如下：
①在酸性条件下，用H₂O₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O
②将浸出液的pH调节为5.5左右，使Fe³⁺、A1³⁺形成沉淀而除去，可选用的试剂为C（填字母）
A．NaOH B．NH₃•H₂O C．ZnO D．H₂SO₄
③用Zn除去Cu²⁺和Cd²⁺
④用Ag₂SO₄除去Cl^一，发生的反应为Ag₂SO₄+2Cl^一?2AgCl+SO₄^2-，室温下该反应的平衡常数K=1.5×10¹⁵[已知室温下Ksp（Ag₂SO₄）=6.0x 10^-5，Ksp（AgCl）=2.0x 10^-10]
（3）控制一定条件，用惰性电极电解硫酸锌溶液制取锌，锌在阴极析出，阳极反应式为2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺ （或4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O）．

Answer 1

分析 硫化锌精矿焙烧得到ZnO及烟气，烟气中含有二氧化硫，ZnO焙砂用硫酸酸浸，浸出液中含有ZnSO₄等，净化后得到硫酸锌溶液，再电解得到Zn．
（1）烟气中含有二氧化硫，可以制备硫酸；
（2）①在酸性条件下，用H₂O₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，由电荷守恒，有氢离子参加反应，过氧化氢还原为水；
②选择的试剂能消耗氢离子，且不能引入新杂质；
④溶解平衡分别为：①Ag₂SO₄（s）?2Ag⁺+SO₄^2-，②AgCl（s）?Ag⁺+Cl^-，①-②×2可得：Ag₂SO₄+2Cl^-?2AgCl+SO₄^2-，故室温下该反应的平衡常数K=$\frac{Ksp（A{g}_{2}S{O}_{4}）}{[Ksp（AgCl）]^{2}}$；
（3）Zn²⁺发生还原反应得到Zn，在阴极析出，阳极是溶液中氢氧根离子放电生成氧气．

解答 解：硫化锌精矿焙烧得到ZnO及烟气，烟气中含有二氧化硫，ZnO焙砂用硫酸酸浸，浸出液中含有ZnSO₄等，净化后得到硫酸锌溶液，再电解得到Zn．
（1）烟气中含有二氧化硫，可以制备硫酸，故答案为：H₂SO₄；
（2）①在酸性条件下，用H₂O₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，由电荷守恒，有氢离子参加反应，过氧化氢还原为水，反应离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②选择的试剂能消耗氢离子，且不能引入新杂质，加入硫酸不能消耗溶液中氢离子，NaOH、NH₃•H₂O、ZnO 均能消耗溶液中氢离子，但NaOH、NH₃•H₂O 会引入杂质离子，故选：C；
④溶解平衡分别为：①Ag₂SO₄（s）?2Ag⁺+SO₄^2-，②AgCl（s）?Ag⁺+Cl^-，①-②×2可得：Ag₂SO₄+2Cl^-?2AgCl+SO₄^2-，故室温下该反应的平衡常数K=$\frac{Ksp（A{g}_{2}S{O}_{4}）}{[Ksp（AgCl）]^{2}}$=$\frac{6.0×1{0}^{-5}}{（2.0×1{0}^{-10}）^{2}}$=1.5×10¹⁵，
故答案为：1.5×10¹⁵；
（3）Zn²⁺发生还原反应得到Zn，在阴极析出，阳极是溶液中氢氧根离子放电生成氧气，阳极电极反应式为：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺ （或 4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O），
故答案为：阴；2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺ （或 4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O）．

点评 本题考查物质制备工艺流程、物质的分离提纯、对操作的分析评价、溶度积有关计算、电解原理等，（2）中④可以用溶度积表示氯离子、硫酸根的浓度，再进行平衡常数计算．