Question

【題目】MnO2和鋅是制造干電池的主要原料
電解法生產MnO2傳統的工藝主要流程為：軟錳礦加煤還原焙燒；用硫酸浸出焙燒料；浸出液（主要含Mn2+）經凈化后再進行電解，MnO2在電解池的陽極析出．
90年代后期發明了生產MnO2和鋅的新工藝，主要是采用軟錳礦（主要成分為MnO2 ， 含少量Al2O3和SiO2雜質）和閃鋅礦（主要成分為ZnS，含少量FeS、CuS、CdS雜質）為主要原料，經過除雜后，得到含Zn2+、Mn2+離子的溶液，再通過電解同時獲得MnO2和鋅．簡化流程框圖如下（中間產物的固體部分已經略去）：
[軟錳礦、閃鋅礦] [濾液A] [Zn2+、Mn2+、Fe2+、Al3+] [ZnSO4、MnSO4溶液] [Zn+MnO2+產品D]
已知各種金屬離子完全沉淀的pH如下表：

	Zn2+	Mn2+	Fe2+	Fe3+	Al3+
pH	8.0	10.1	9.0	3.2	4.7

回答下列問題：
（1）步驟①中，軟錳礦、閃鋅礦粉與硫酸溶液共熱時析出硫的反應為氧化還原反應，例如：MnO2+ZnS+2H2SO4═MnSO4+ZnSO4+S↓+2H2O，請寫出MnO2在酸性溶液中分別和CuS和FeS發生反應的化學方程式： ．
（2）步驟②加入金屬鋅是為了回收金屬，回收金屬的主要成份為（用化學符號表示）
（3）步驟③物質C由多種物質組成，其中含有兩種固體，其中一種為MnO2 ， 其作用是另外一種固體物質可為 ．
（4）步驟④中電解過程中MnO2在陽極析出，該電極上發生的反應方程式為 ． 產品D的化學式為 ， 該物質對整個生產的意義是 ．

Answer 1

【答案】
（1）MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O 、 MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2（SO4）3+3MnSO4+2S↓+6H2O
（2）Cu、Cd
（3）將Fe2+氧化為Fe3+；Zn（OH）2
（4）Mn2+﹣2e﹣+2H2O=MnO2+4H+；H2SO4；用于溶解軟錳礦和閃鋅礦，循環使用
【解析】（1）MnO2在酸性溶液中分別和CuS和FeS發生氧化還原反應，Mn元素的化合價降低，S元素的化合價升高，且Fe元素化合價升高，由電子、原子守恒可知，反應分別為MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O、MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2（SO4）3+3MnSO4+2S↓+6H2O， 故答案為：MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O；MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2（SO4）3+3MnSO4+2S↓+6H2O；（2）由濾液A Zn2+、Mn2+、Fe2+、Al3+ ， 可知加Zn置換出Cu、Cd，故答案為：Cu、Cd；（3）由轉化可知，鐵離子、鋁離子轉化為沉淀，其中一種為MnO2 ， 其作用是將Fe2+氧化為Fe3+；另外一種固體物質可為Zn（OH）2（Mn（OH）2、ZnCO3、MnCO3等）促進鐵離子水解轉化為沉淀，
故答案為：將Fe2+氧化為Fe3+；Zn（OH）2；（4）因Mn元素失去電子，可知步驟④中電解過程中MnO2在陽極析出，該電極上發生的反應方程式為Mn2+﹣2e﹣+2H2O=MnO2+4H+ ， 硫酸根離子不變，且生成氫離子，可知產品D的化學式為H2SO4 ， 該物質對整個生產的意義是用于溶解軟錳礦和閃鋅礦，循環使用，
故答案為：陽；Mn2+﹣2e﹣+2H2O=MnO2+4H+；H2SO4；用于溶解軟錳礦和閃鋅礦，循環使用．
（1）MnO2在酸性溶液中分別和CuS和FeS發生氧化還原反應，Mn元素的化合價降低，S元素的化合價升高，且Fe元素化合價升高；（2）濾液A中含金屬離子，加Zn發生置換反應；（3）由轉化可知，鐵離子、鋁離子轉化為沉淀；（4）步驟④中電解過程中MnO2應在陽極生成，因Mn元素失去電子，陰極上Zn得到電子，得到的硫酸可循環使用．