Question

6．湿法炼锌产生的铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉（Cd）、钴（Co）等单质．一种由铜镉渣生产金属镉的流程如图：

表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为0.1mol•L^-1计算）：

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

（1）浸出过程中，不采用通入空气的方法进行搅拌，原因是防止将Cu氧化浸出，其离子方程式是2Cu+4H⁺+O₂=2Cu²⁺+2H₂O．
（2）除钴过程中，锌粉会与As₂O₃形成微电池产生AsH₃．该微电池的正极反应式为As₂O₃+12H⁺+12e^-=2AsH₃+3H₂O．
（3）除铁时先加入适量KMnO₄，再加入ZnO调节pH．
①除铁过程中，理论上参加反应的物质n（KMnO₄）：n（Fe²⁺）=1：3．
②除铁时加入ZnO控制反应液pH的范围为3.3～7.2．
（4）若上述流程中投入的KMnO₄不足量，则待电解溶液中有Fe元素残余．请设计实验方案加以验证：取样，向其中滴加H₂O₂后再滴入KSCN溶液，若溶液变红（或向其中滴加K₃[Fe（CN）₆）]溶液，若产生蓝色沉淀），则待电解液中含有Fe元素．
（5）净化后的溶液用惰性电极电解可获得镉单质．电解废液中可循环利用的溶质是H₂SO₄．

Answer 1

分析 用湿法炼锌产生的铜镉渣生产金属镉的流程：铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉（Cd）、钴（Co）等单质，加入稀硫酸，铜不溶，过滤，滤液含有Zn²⁺、Fe²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Co²⁺，向滤液加入锌，活化剂Sb₂O₃，锌粉会与Sb₂O₃等形成微电池产生合金CoSb除去钴，向除钴后的溶液中加入酸性高锰酸钾氧化Fe²⁺为Fe³⁺，高锰酸钾生成不溶的二氧化锰，加入氧化锌调节pH使Fe³⁺沉淀与二氧化锰一起过滤除去，电解含有Zn²⁺、Co²⁺的溶液，可得镉单质，据此分析解答，
（1）铜在酸性溶液中被氧气氧化生成铜盐和水；
（2）锌粉会与As₂O₃形成微电池产生AsH₃．，正极得电子发生还原反应；
（3）①除铁过程中，理论上参加反应的物质n（KMnO₄）：n（Fe²⁺）之比可以书写氧化还原反应离子方程式得到定量关系；
②加入ZnO控制反应液的PH，目的是沉淀铁离子；
（4）除铁过程第①步，若加入KMnO₄时条件控制不当，MnO₂会继续反应生成Mn²⁺，还原产物Mn²⁺，进入电解液中，引入杂质；若加入的KMnO₄不足量，则待电解溶液中有亚铁离子残余，检验亚铁离子即可；
（5）电解液中含有含有ZnSO₄、CoSO₄的溶液，电解过程中生成硫酸；

解答 解：（1）铜在酸性溶液中被氧气氧化生成铜盐和水，反应的化学方程式为：2Cu+4H⁺+O₂=2Cu²⁺+2H₂O，
故答案为：2Cu+4H⁺+O₂=2Cu²⁺+2H₂O；
（2）锌粉会与As₂O₃形成微电池产生AsH₃．，正极得电子发生还原反应，反应式为：As₂O₃+12H⁺+12e^-=2AsH₃+3H₂O，
故答案为：As₂O₃+12H⁺+12e^-=2AsH₃+3H₂O
（3）①除铁加入适量KMnO₄，酸性高锰酸钾氧化Fe²⁺为Fe³⁺，高锰酸钾生成不溶的二氧化锰，发生反应的离子方程式为3Fe²⁺+MnO₄^-+4H⁺=3Fe³⁺+MnO₂+2H₂O，理论上参加反应的物质n（KMnO₄）：n（Fe²⁺）=1：3，
故答案为：1：3；
 ②加入ZnO控制反应液的PH，目的是沉淀铁离子，由表可知，pH大于3.3时，铁离子沉淀完全，但不能沉淀Cd²⁺，pH小于7.2，则范围为3.3-7.2；
故答案为：3.3～7.2；
（4）除铁过程第①步，若加入KMnO₄时条件控制不当，MnO₂会继续反应生成Mn²⁺，还原产物Mn²⁺，进入电解液中，引入杂质；若加入的KMnO₄不足量，则待电解溶液中有亚铁离子残余，检验亚铁离子即可，方法为：取样，向其中滴加H₂O₂后再滴入KSCN溶液，若溶液变红（或向其中滴加K₃[Fe（CN）₆）]溶液，若产生蓝色沉淀），则待电解液中含有Fe元素；
故答案为：取样，向其中滴加H₂O₂后再滴入KSCN溶液，若溶液变红（或向其中滴加K₃[Fe（CN）₆）]溶液，若产生蓝色沉淀），则待电解液中含有Fe元素；
（5）电解液中含有含有ZnSO₄、CoSO₄的溶液，电解发生的反应为：2CoSO₄+2H₂O=2Cd+O₂↑+2H₂SO₄，硫酸可循环利用；
故答案为：H₂SO₄．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．