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：（已知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

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

【解析】

（1）闪锌矿的主要成分为ZnS，还含有CdS、Fe2O3等杂质，加入稀硫酸和硫酸铁后发生反应ZnS+Fe2（SO4）3=ZnSO4+2FeSO4+S↓、CdS+Fe2（SO4）3=CdSO4+2FeSO4+S↓、Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O，故从滤渣A中获得的一种淡黄色非金属单质为S；

（2）浸取时，金属硫化物中硫元素的化合价为-2价，具有强还原性，硫酸铁中Fe3+具有较强的氧化性，故硫酸铁是氧化剂；硫化锌与硫酸铁反应生成硫酸亚铁、硫酸锌、S，根据得失电子守恒、原子守恒，浸取时Fe2（SO4）3与ZnS发生反应的化学方程式为ZnS+Fe2（SO4）3=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价升为+3价，则空气中氧气是氧化剂，氧元素由0价降为-2价，根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平，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。