Question

【题目】我国是干电池的生产和消费大国。某工厂用软锰矿（主要成分是MnO2，含少量Al2O3和SiO2）和闪锌矿（主要成分是ZnS，含少量FeS、CuS等杂质）为原料制备MnO2和Zn（干电池原料），其简化流程如下：

已知：经过反应Ⅰ后，所有金属元素均以离子形式存在。

回答下列问题：

（1）碱性锌锰干电池是以锌粉为负极，二氧化锰为正极，氢氧化钾溶液为电解质。电池总反应为2MnO2+Zn+2KOH=2MnOOH+K2ZnO2，请写出电池的正极反应式__________。

（2）滤渣1中除了SiO2以外，还有一种淡黄色物质，该物质是由MnO2、CuS与硫酸共热时产生的，请写出该反应化学方程式________________。

（3）反应Ⅱ中加入适量金属锌的目的是为了回收某种金属，请写出该反应的离子方程式______。

（4）反应Ⅲ中X可以是______。（填字母代号）

a．MgO b．Zn(OH)2 c．Cu2(OH)2CO3 d．MnCO3

（5）已知：H2S的电离常数K1=1.0×107，K2=7.0×1015。0.1 mol/L NaHS的pH___7(填“＞”“＝”或“＜”）。

（6）在废水处理领域中常用H2S将Mn2+转化为MnS除去，向含有0.020 mol·L1 Mn2+废水中通入一定量的H2S气体，调节溶液的pH=a，当HS浓度为1.0×104 mol·L1时，Mn2+开始沉淀，则a=________。[已知：Ksp(MnS)=1.4×1015]

Answer 1

【答案】MnO2 + e- + H2O = MnOOH + OH— MnO2+CuS +2H2SO4 = MnSO4 + CuSO4 + S + 2H2O Cu2＋＋Zn = Cu+ Zn2＋ bd ＞ 5

【解析】

根据流程图：软锰矿(主要成分是MnO2，含少量Al2O3和SiO2)和闪锌矿(主要成分是ZnS，含少量FeS、CuS等杂质)加入硫酸酸浸，发生反应：MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4+ZnSO4+S↓+2H2O、3MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S+6H2O、MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S+2H2O、Al2O3+3H2SO4═Al2(SO4)3+3H2O酸浸后的过滤液中含有Mn2+、Zn2+、Fe3+、Al3+，浸取渣为S和SiO2，加入适量的Zn和铁离子反应生成亚铁离子，把铜离子转化为铜单质，过滤除去Cu，向滤液加入MnO2氧化亚铁离子为铁离子，加入Zn(OH)2或MnCO3调节溶液pH，使Fe3+和Al3+转化为沉淀，Fe3+和Al3+完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，过滤除去，得到的滤液中含硫酸锰、硫酸锌，电解，阳极生成二氧化锰，阴极生成锌，同时得到硫酸，据此分析解答。

(1)电池总反应为2MnO2+Zn+2KOH=2MnOOH+K2ZnO2，锌为负极发生氧化反应，正极为二氧化锰生成MnOOH的过程，结合电解质为碱溶液和电荷守恒、原子守恒，正极反应式为MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，故答案为：MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-；

(2)滤渣1中除SiO2以外，还有一种淡黄色物质，该物质是由MnO2、CuS与硫酸共热时产生的S单质，反应的方程式为：MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S+2H2O，故答案为： M nO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S+2H2O；

(3)反应Ⅱ中加入适量金属锌可以置换出Cu进而回收Cu，反应的离子方程式为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，故答案为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu；

(4)反应Ⅲ中X的作用是调节溶液pH，使Fe3+和Al3+转化为沉淀，得到的含硫酸锰、硫酸锌的溶液，abcd均可调节pH，为不引入杂质可以选择Zn(OH)2或MnCO3，故答案为：bd；

(5)已知：H2S的K2=7.0×10-15，HS-的水解平衡常数==＞K2，说明HS-的水解平衡常数大于其电离平衡常数，故溶液显碱性，pH＞7；故答案为：＞；

(6)当Qc=Ksp(MnS)时开始沉淀，调节溶液的pH=a，H2S电离常数：K2=7.0×10-15，HS-浓度为1.0×10-4molL-1时，K2=，则7.0×10-15=，则c(S2-)=7×10a-19molL-1，所以Ksp=c(Mn2+)c(S2-)=7×10a-19molL-1×0.020molL-1=1.4×10-15，解得a=5，故答案为：5。