Question

【題目】我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質)為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：

相關金屬離子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

回答下列問題：

(1)焙燒過程中主要反應的化學方程式為__________。

(2)濾渣1的主要成分除SiO2外還有________；氧化除雜工序中ZnO的作用是_____________，若不通入氧氣，其后果是___________。

(3)溶液中的Cd2＋可用鋅粉除去，還原除雜工序中反應的離子方程式為__________。

(4)電解硫酸鋅溶液制備單質鋅時，陰極的電極反應式為__________；沉積鋅后的電解液可返回________工序繼續使用。

Answer 1

【答案】2ZnS＋3O2 2ZnO＋2SO2 PbSO4 調節溶液的pH 無法除去雜質Fe2＋ Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋ Zn2＋＋2e－===Zn 溶浸

【解析】

焙燒時，硫元素轉化為二氧化硫，然后用稀硫酸溶浸，生成硫酸鋅，硫酸亞鐵和硫酸鎘，二氧化硅與稀硫酸不反應轉化為濾渣，因硫酸鉛不溶于水，故濾渣1中還含有硫酸鉛。由于沉淀亞鐵離子的pH較大，需要將其氧化為鐵離子，通過控制pH得到氫氧化鐵沉淀；濾液中加入鋅粉置換出鎘，最后將濾液電解得到金屬鋅，據以上分析進行解答。

（1）閃鋅礦的主要成分ZnS在高溫下易被氧氣氧化，得到產物ZnO和SO2；

故答案為：2ZnS＋3O2 2ZnO＋2SO2；

（2）PbS在高溫下與氧氣反應生成PbO與SO2，PbO與酸反應生成難溶于酸的PbSO4，故濾渣1中還有PbSO4；由金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH可知，需要將Fe2+轉化為Fe3+，生成Fe（OH）3沉淀除去，故加入ZnO與溶液中的H+反應，調節溶液pH來沉淀Fe3+；若不通入氧氣，則無法將Fe2+轉化為Fe3+，完全沉淀Fe2+時Zn2+也會被沉淀。

故答案是：PbSO4；調節溶液的pH；無法除去雜質Fe2＋；

（3）Zn將Cd2+還原為Cd單質：Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋；

故答案是：Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋；

（4）電解硫酸鋅溶液，陰極發生反應的是溶液中的Zn2＋，反應式為：Zn2++2e-=Zn；陽極發生反應的物質為水電離出的OH-，極反應：2H2O-4e-=O2+4H+，反應后電解液中剩余離子為氫離子和硫酸根，故可循環參與過程中的溶浸。

故答案是：Zn2＋＋2e－===Zn；溶浸。