Question

软锰矿中含MnO₂约70%，SiO₂约20%，Al₂O₃约4%，其余为水分；闪锌矿中含ZnS约80%，FeS、CuS、SiO₂共约7%，其余为水分．科研人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺，制取Zn、MnO₂和Na₂SO₄．其工艺流程如下：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Zn（OH）2
开始沉淀pH	2.3	4.0	5.4
完全沉淀pH	4.1	5.2	8.0

（1）Ⅰ的滤液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等．写出MnO₂、CuS与硫酸反应的化学方程式：

 

．
（2）Ⅲ中调节溶液的pH至5.2～5.4，此时生成沉淀M的成分为

 

（写化学式）；Ⅲ中加入MnO₂的作用是

 

．
（3）如图是Na₂SO₄和Na₂SO₄?10H₂O的溶解度曲线（g/100g水），则Ⅳ中得到Na₂SO₄固体的操作是：将分离出MnCO₃和ZnCO₃后的滤液升温结晶、

 

、用乙醇洗涤后干燥．乙醇洗涤而不用水洗的原因是

 

．
（4）Ⅴ是用惰性电极电解制得Zn和MnO₂，则阳极的电极反应式为

 

．
（5）绿色化学思想在本工艺中得到了充分体现，在本工艺流程中可循环使用的物质有：MnO₂、ZnCO₃、MnCO₃、

 

和

 

（写化学式）．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,电解原理,蒸发和结晶、重结晶

专题：电离平衡与溶液的pH专题,电化学专题

分析：（1）依据流程图分析生成沉淀硫，MnO₂、CuS与硫酸反应生成MnSO₄、CuSO₄、H₂O，分析可知发生氧化还原反应；
（2）依据图表数据分析，pH至5.2～5.4时铁离子和铝离子全部沉淀；Ⅲ中加入MnO₂的作用是做氧化剂氧化亚铁离子；
（3）依据图象的溶解度随温度变化分析判断，得到硫酸钠的适宜条件，注意溶解度的影响；
（4）流程图中得到产物为二氧化锰和锌分析，得到锌是锌离子在阴极得到电子析出；二氧化锰是在阳极失电子生成；
（5）在流程图中做为原料参加反应，过程中最后生成的物质是可以循环利用的物质分析判断．

解答： 解：（1）流程图分析生成沉淀硫，MnO₂、CuS与硫酸反应生成MnSO₄、CuSO₄、H₂O，配平书写化学方程式为：MnO₂+CuS+2H₂SO₄=S↓+MnSO₄+CuSO₄+2H₂O，
故答案为：MnO₂+CuS+2H₂SO₄=S↓+MnSO₄+CuSO₄+2H₂O；
（2）图表数据分析，pH至5.2～5.4时铁离子和铝离子全部沉淀；Ⅲ中加入MnO₂的作用是做氧化剂氧化亚铁离子易于调节溶液PH全部沉淀，
故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
（3）图象分析可知温度高时析出硫酸钠，温度低时析出硫酸钠结晶水合物晶体，所以需要趁热过滤；洗涤晶体时用乙醇洗涤避免形成结晶水合物，
故答案为：趁热过滤，防止形成 Na₂SO₄?10H₂O；
（4）流程图中得到产物为二氧化锰和锌分析，得到锌是锌离子在阴极得到电子析出；二氧化锰是在阳极锰离子失电子生成，电极反应为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
故答案为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
（5）依据流程图中物质的反应和物质的生成分析可知锌、硫酸是可以循环使用的试剂，故答案为：Zn；H₂SO₄；

点评：本题考查了物质制备实验的分析判断，物质溶解性的理解应用，电解原理的应用判断．电极反应的产物判断和电极反应书写，题目难度较大．