Question

ZnSO₄∙7H₂O可用于测定钢铁及炉渣的含硫量。某工厂下脚料中含锌、镉(Cd)、铜、铁等金属，以该下脚料为原料制备ZnSO₄∙7H₂O并回收Cu、Cd的工艺流程如图所示：

已知部分氢氧化物开始及完全沉淀的pH如表所示(起始时金属离子浓度按0.1mol∙L^-1计算)：

氢氧化物	Fe(OH)3	Cd(OH)2	Zn(OH)2
开始沉淀的 pH	1.9	7.4	6.2
完全沉淀的 pH	3.2	9.5	8.2

请回答下列问题：

(1)滤渣1中含有_______(填化学式)。

(2)试剂X是双氧水时，写岀氧化过程中发生反应的离子方程式_______。

(3)pH的调控范围是_______，试剂Y可选用_______(填字母)

A. NaOH    B. ZnO    C. ZnCO₃

(4)电解时以汞(Hg)作电极可以将镉与锌完全分离，镉单质在_______(填“阴”或“阳”)极析出，阳极的电极反应式为_______。

(5)操作I包括的操作是_______及过滤等，过滤后得到的滤液可以加入_______ (填“酸浸”或“氧化”)步骤循环利用。

Answer

Cu 2Fe2++2H++H2O2= 2Fe3++2H2O 3.2 ≤pH＜ 6.2 BC 阴 2H2O -4e-=4H++O2↑ 蒸发浓缩、冷却结晶 酸浸

【解析】

原料的成分为锌，镉，铜和铁，最终要获取ZnSO4·7H2O同时回收Cu和Cd，因此Fe就是杂质元素，在流程中要考虑除去。铜，铁和锌的性质都有了解，镉比较陌生。第一步酸浸时，锌和铁必然会溶解在溶液中变成Fe2+和Zn2+，Cu不会溶于稀硫酸，纵观整个流程，可以明确，镉在第一步酸浸时也溶解在溶液中了，所以滤渣I的成分即为铜。纵观整个流程唯一可能除去杂质铁元素的步骤就是调节pH值沉淀这一步，再结合表格中给出的沉淀相关的信息，可知若要使Fe尽可能的除净，应当先将Fe2+氧化成Fe3+；所以加试剂X的目的即氧化Fe2+。在分离回收Cd后，溶液中的溶质就只剩硫酸锌和电解过程中产生的硫酸了，所以再通过结晶操作即可得到产品ZnSO4·7H2O。

(1)稀硫酸酸浸时，锌铁以及镉会溶解，铜不与稀硫酸反应，所以滤渣1的主要成分即Cu；

(2)氧化这一步是为了将Fe2+氧化成Fe3+，便于下一步调节pH除去铁元素，所以反应的离子方程式即为：；

(3)调节pH目的是除去杂质铁元素，当然也要避免Zn和Cd元素的损耗，所以结合表格信息，pH的调节范围即：3.2≤pH＜6.2；除杂时应当避免引入新杂质，所以调节pH的最佳试剂选择ZnO或ZnCO3，即BC；

(4)溶液中Cd以阳离子形式存在，电解后变成单质，所以需要发生还原反应，所以镉单质在阴极析出；电解时采用单质汞做电极，所以阳极主要是溶液中的OH-放电，所以阳极电极反应式写成：；

(5)通过操作Ⅰ要实现从溶液中获取产品ZnSO4·7H2O，即结晶操作；在经过电解分离镉单质后，溶液中的溶质除硫酸锌外，还有硫酸，所以结晶操作后，溶液还可循环利用充当酸浸的试剂。