Question

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下：

下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__________________。

（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_____。

（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⁺）=_________。

② 除铁时加入ZnO控制反应液pH的范围为________________。

（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：_____________________。

（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_____。

Answer

2Cu+O2+4H+=2Cu2++2H2OAs2O3+12H++12e-=2AsH3+3H2O1∶33.3-7.2取样加入H2O2后再滴入KSCN溶液，若溶液变红，则待电解液中含Fe元素H2SO4

【解析】试题分析：以“湿法炼锌”为切入点，考查氧化还原反应方程式、电极反应、pH与氢氧化物沉淀、Fe3+检验、点解原理等，考查考生图表的阅读能力和对问题的综合分析能力。解答首先需要认真分析工业流程中物质转化关系，解题则需选好对应的知识点。

解析：流程中物质转化关系图下方标记：

（1）Cu通入空气时氧化浸出即Cu+O2→Cu2+，考虑到溶液呈酸性，配平结果为2Cu+O2+4H+=2Cu2++2H2O。答案：2Cu+O2+4H+=2Cu2++2H2O。

（2）中提到的原电池，活泼金属锌一定失去电子做负极，则得到电子的As2O3在正极参加反应，即正极反应为As2O3+e-→AsH3，由于前一步处理后溶液仍然为酸性，则配平后为As2O3+12H++12e-=2AsH3+3H2O。答案：As2O3+12H++12e-=2AsH3+3H2O。

（3）由于反应生成MnO2，则KMnO4得到电子数目为3，所以氧化还原过程中得失电子关系为3×n（KMnO4）=1×n（Fe2+），n（KMnO4）∶n（Fe2+）=1:3。

除铁时，Fe3+完全沉淀pH为3.3，同时保证Cd2+不能沉淀，pH不能超过7.2，因此应当控制溶液的pH介于3.3-7.2之间。答案：1:3，3.3-7.2

（4）流程中投入的KMnO4不足量时，Fe2+氧化不充分，pH 3.3-7.2之间不能使Fe2+完全沉淀，待电解溶液中有Fe2+残余，验证的方案即为检验Fe2+方案。答案： 取待电解溶液加入H2O2后再滴入KSCN溶液，若溶液变红，则待电解液中含Fe元素 。

（5）净化后的溶液用惰性电极电解时，阴极Cd2++2e-=Cd，阳极4OH—4e-=2H2O+O2↑，总反应为2CdSO4+2H2O2Cd+O2↑+2H2SO4，电解废液中含有硫酸，可以循环利用。答案：H2SO4

点睛：化学方程式的配平需要充分考虑溶液的酸碱性，总体规律为“酸溶液中不能产生碱，碱溶液中不会生成酸”，配平质量守恒关系时产物出现酸或碱时要慎重。