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12.硫化锌(ZnS)是一种重要的化工原料,难溶于水,可由炼锌的废渣锌灰制取,其工艺流程如图所示.

(1)为提高锌灰的浸取率,不宜采用的方法是④(填序号).
    ①研磨    ②多次浸取    ③升高温度    ④加压       ⑤搅拌
(2)步骤Ⅱ中ZnCO3的作用是调节溶液的pH,使Fe3+水解Fe(OH)3而除去,所得滤渣的主要成分是Fe(OH)3、ZnCO3(写化学式).
(3)步骤Ⅲ中可得Cd单质,为避免引入新的杂质,试剂X应为Zn.
(4)步骤Ⅳ还可以回收Na2SO4来制取Na2S.
①检验ZnS固体是否洗涤干净的方法是取最后的洗涤液少许于试管,滴加几滴BaCl2溶液,若出现浑浊则未洗净,反之则已洗净.
②Na2S可由等物质的量的Na2SO4和CH4在高温、催化剂条件下制取.化学反应方程式为Na2SO4+CH4$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$Na2S+2H2O+CO2
(5)若步骤Ⅱ加入的ZnCO3为bmol,步骤Ⅲ所得Cd为dmol,最后得到VLc mol/L的Na2SO4溶液.则理论上所用锌灰中含有锌元素的质量为65(Vc-b-d)g.

分析 锌灰与硫酸反应得含有镉离子、锌离子、铁离子、亚铁离子等的溶液,加入双氧水将二价铁离子氧化为三价铁离子,用碳酸锌调节平衡pH使Fe(OH)3完全沉淀,过滤后得到含有镉离子、锌离子的溶液Ⅰ和滤渣Fe(OH)3、ZnCO3;步骤Ⅲ中可得Cd单质,为避免引入新的杂质,试剂X应为锌,过滤后得溶液Ⅱ为硫酸锌溶液,硫酸锌溶液中加入硫化钠可得硫酸钠和硫化锌.
(1)根据有效化学反应速率的因素分析,如搅拌、适当升温、将废渣碾细成粉末、搅拌、多次浸取等都可提高锌灰的浸取率;
(2)用碳酸锌调节平衡pH使Fe(OH)3完全沉淀,根据上面的分析判断步骤Ⅱ所得滤渣的组成;
(3)向含有镉离子、锌离子的溶液Ⅰ中加入锌,即可置换出Cd单质,又不引入新的杂质;
(4)①检验ZnS固体是否洗涤干净也就是检验最后一次洗涤液中是否含有硫酸根; 
②等物质的量的Na2S04和CH4在高温、催化剂条件下生成Na2S,根据元素守恒写出该化学反应方程式;
(5)步骤Ⅲ所得Cd为d mol,则用于置换镉的锌的物质的量为d mol,硫酸钠的物质的量为:VL×c mol/L=cVmol,所以硫酸锌的物质的量为cVmol,根据锌元素守恒可知,样品中锌元素的物质的量,然后根据m=nM计算出锌灰中含有锌元素的质量.

解答 解:锌灰与硫酸反应得含有镉离子、锌离子、铁离子、亚铁离子等的溶液,加入双氧水将二价铁离子氧化为三价铁离子,用碳酸锌调节平衡pH使Fe(OH)3完全沉淀,过滤后得到含有镉离子、锌离子的溶液Ⅰ和滤渣Fe(OH)3、ZnCO3;步骤Ⅲ中可得Cd单质,为避免引入新的杂质,试剂X应为锌,过滤后得溶液Ⅱ为硫酸锌溶液,硫酸锌溶液中加入硫化钠可得硫酸钠和硫化锌.
(1)搅拌、适当升温、将废渣碾细成粉末、搅拌、多次浸取等都可提高锌灰的浸取率,加压对锌灰的浸取率无影响,
故答案为:④;
(2)根据上面的分析可知,用碳酸锌调节平衡pH使Fe(OH)3完全沉淀,反应的离子方程式为ZnCO3+2H+=Zn2++CO2↑+H2O、Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+,所以步骤Ⅱ所得滤渣为Fe(OH)3、ZnCO3
故答案为:调节溶液的pH,使Fe3+水解Fe(OH)3而除去;Fe(OH)3、ZnCO3
(3)向含有镉离子、锌离子的溶液Ⅰ中加入锌,即可置换出Cd单质,又不引入新的杂质,
故答案为:Zn;
(4)①检验ZnS固体是否洗涤干净也就是检验最后一次洗涤液中是否含有硫酸根,具体操作为:取最后的洗涤液少许于试管,滴加几滴BaCl2溶液,若出现浑浊则未洗净,反之则已洗净,
故答案为:取最后的洗涤液少许于试管,滴加几滴BaCl2溶液,若出现浑浊则未洗净,反之则已洗净;
②等物质的量的Na2S04和CH4在高温、催化剂条件下生成Na2S,根据元素守恒可知,该化学反应方程式为:Na2S04+CH4$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$Na2S+2H2O+CO2
故答案为:Na2S04+CH4$\frac{\underline{\;\;\;高温\;\;\;}}{催化剂}$Na2S+2H2O+CO2
(5)步骤Ⅲ所得Cd为d mol,则用于置换镉的锌的物质的量为d mol,硫酸钠的物质的量为:VL×c mol/L=cVmol,所以硫酸锌的物质的量为cVmol,
根据锌元素守恒可知,样品中锌元素的物质的量为:cVmol-d mol-b mol,
所以锌灰中含有锌元素的质量为:65g/mol×(cVmol-d mol-b mol)=65(Vc-b-d)g,
故答案为:65(Vc-b-d)g.

点评 本题为工艺流程题,通过从废渣中制取硫化锌的工艺流程,考查了溶解平衡的移动、氧化还原方程式的书写、物质的分离等知识,熟悉物质的性质、明确流程是解题关键,试题侧重学生分析问题、解决问题能力的培养,题目难度中等.

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(3)上述流程中,检验“洗涤”是否完全的方法是取最后一次洗涤液,加入少量氯化钡溶液,后加入适量稀盐酸,如未观察到白色沉淀,即可证明洗干净.
(4)氧化时应控制pH的合理范围是3.5-4.0,pH过小导致氧化铁黄产率较低的可能原因是PH过低导致氧化铁黄部分溶于酸.
(5)取1g样品进行纯度测试,将其溶解于足量稀盐酸中,后用一定浓度的过量NaOH溶液沉淀其中的铁元素,得到沉淀的质量为Bg,试用所给数据求出产品的纯度$\frac{89B}{107}$$\frac{(\;\;\;\;)}{(\;\;\;\;)}×$100%.

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