Question

工业上用闪锌矿（主要成分为ZnS，还含有CdS、Fe₂O₃等杂质）为原料生产ZnSO₄·7H₂O的工艺流程如下：（己知Cd的金属活动性介于Zn和Fe之间）

（1）从滤渣A中可获得一种淡黄色非金属单质的副产品，其化学式为        。
（2）浸取过程中Fe₂(SO₄)₃的作用是               ，浸取时Fe₂(SO₄)₃与ZnS发生反应的化学方程式为                                            。
（3）除铁过程控制溶液的pH在5.4左右，该反应的离子方程式为                       。该过程在空气入口处设计了一个类似淋浴喷头的装置，其目的是                                    。
（4）置换法除重金属离子是Cd²⁺，所用物质C为         。
（5）硫酸锌的溶解度与温度之间的关系如下表：

温度/℃	0	20	40	60	80	100
溶解度/g	41.8	54.1	70.4	74.8	67.2	60.5

 
从除重金属后的硫酸锌溶液中获得硫酸锌晶体的实验操作为          、          、过滤、干燥。

Answer 1

（16分）
（1）S（2分）
（2）做氧化剂（2分）   Fe₂(SO₄)₃+ZnS=ZnSO₄+2FeSO₄+S↓（3分）
（3）4Fe²⁺+O₂+6H₂O=4FeOOH+8H⁺（3分）
增大空气与溶液的接触面积，加快反应速率（2分）
（4）Zn（锌）（2分）   （5）60℃条件下蒸发浓缩、降温结晶（2分）

解析试题分析：（1）闪锌矿组成元素中只有硫、氧两种非金属元素，氧气是无色非金属单质，硫黄是黄色非金属单质，则滤渣A的主要成分是S；（2）浸取时，金属硫化物中硫元素由—2升为0价，则金属硫化物是还原剂，由此推导出硫酸铁中铁元素由+3降为+2价，即硫酸铁是氧化剂；硫化锌与硫酸铁反应生成硫酸亚铁、硫酸锌、硫黄，根据最小公倍数法配平，则Fe₂(SO₄)₃+ZnS=ZnSO₄+2FeSO₄+S↓；（3）浓缩结晶的母液含有饱和硫酸亚铁溶液，亚铁离子被氧化为FeOOH时，铁元素化合价由+2升为+3，则空气中氧气是氧化剂，氧元素由0降为—2价，根据电子、电荷、原子守恒原理配平，则该反应为4Fe²⁺+O₂+6H₂O=4FeOOH+8H⁺；在空气入口处设计了一个类似淋浴喷头的装置，目的是增大空气与溶液的接触面积，加快反应速率；（4）根据置换反应原理，应选择比Cd活泼的金属，根据除杂原则，除去Cd²⁺的同时只能引入Zn²⁺，不能引入别的金属阳离子，因此物质C为锌（Zn）；（5）读表可知，0～100℃，硫酸锌的溶解度先随温度升高而增大，后随温度升高而减小，或者60℃左右硫酸锌的溶解度最大，因此在60℃左右蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、干燥，可以制备硫酸锌晶体。
考点：考查物质制备工艺流程，涉及硫黄的物理性质、氧化还原反应、化学方程式、离子方程式、影响化学反应速率的因素、除杂试剂的选择、溶解度表、晶体制备方法和原理等。