Question

【題目】工業上主要采用軟錳礦和閃鋅礦聯合生產MnO2和鋅。軟錳礦主要成分為MnO2；還含少量Al2O3和SiO2雜質。閃鋅礦主要成分為ZnS，還含少量FeS、CuS雜質。現用稍過量的軟錳礦和閃鋅礦為原料，經過一系列處理后分別在兩個電極生成產品“MnO2和鋅”。工藝流程如下：

已知：Ⅰ：金屬硫化物、硫酸、二氧化錳三者發生的反應均是氧化還原反應。

例如：MnO2+ZnS+2H2SO4MnSO4+ZnSO4+S+2H2O.

Ⅱ：4X-+Mn2+MnX42-，X-不參與電極反應。Zn2+與X-不反應。

Ⅲ：各種金屬離子完全沉淀的pH如下表：

	Zn2+	Mn2+	Fe2+	Fe3+	A13+
pH	8.0	10.1	9.0	3.2	4.7

回答下列問題：

（1）操作I的名稱是_____________________。

（2）物質C是MnO2和ZnO的混合物。加入物質C充分作用后，過濾，所得固體的成分是________(用化學式表示)。

（3）電解溶液D的裝置如下圖所示，兩個電極都是惰性電極。

①硫酸鈉的作用是________________________。

②b電極的電極反應式是______________________。a電極的電極反應式是_______________________。

（4）若一定質量的閃鋅礦中含1.76kgFeS，則在上述流程中1.76kgFeS消耗MnO2的質量為_______kg。

（5）現有0.4mol/L Mn(NO3)2、 0.8mol/LZn(NO3)2的混合溶液100mL，向該混合液中逐滴加入Na2S溶液，當MnS沉淀一定程度時，測得c(Mn2+)=2.0×10-3 mol/L，則此時c(Zn2+)=________[已知Ksp(ZnS)=1.3×10-24，Ksp(MnS)=2.6×10-13]

Answer 1

【答案】 過濾 Al(OH)3和Fe(OH)3 增強溶液的導電性 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ Zn2+ +2e- = Zn 2.61 1.0×10-14mol/L

【解析】由題中信息可知，向軟錳礦和閃鋅礦中加入硫酸發生氧化還原反應，過濾后得到的固體A為單質S和SiO2，溶液A中含有Mn2+、Zn2+、Al3+、Fe3+、Cu2+、H+等，向溶液A中加入金屬鋅得到酸性溶液B，說明溶液A中的H+未完全反應，則Zn只和Fe3+、Cu2+、H+反應，所得固體B為Cu，溶液B中含有Mn2+、Zn2+、Al3+、Fe2+、H+等，向溶液B中加入物質C，C為MnO2和ZnO的混合物，在酸性條件下MnO2將Fe2+氧化成Fe3+，調節溶液pH，Al3+、Fe3+生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，過濾后除去，將濾液濃縮后加入試劑NaX得溶液D，電解得產品MnO2和鋅。

(1). 將固體A和溶液A分離的操作為過濾，故答案為：過濾；

(2). 由上述分析可知，向溶液B中加入物質C調節溶液pH，可以將Al3+、Fe3+生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀而除去，故答案為：Al(OH)3和Fe(OH)3；

(3). ①. 電解時加入少量硫酸鈉，可以增強溶液的導電性，故答案為：增強溶液的導電性；

②. 由電解裝置圖可知，b為電解池的陽極，Mn2+在陽極失電子生成MnO2，電極反應式為Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，a為電解池的陰極，Zn2+在陰極得電子生成單質Zn，電極反應式為Zn2+ +2e- = Zn，故答案為：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；Zn2+ +2e- = Zn；

(4). 根據題中信息可知，酸性條件下FeS與MnO2發生的化學方程式為：3MnO2＋2FeS＋6H2SO4=Fe2(SO4)3＋3MnSO4＋2S＋6H2O，根據反應方程式有：3MnO2～2FeS，則1.76kgFeS消耗MnO2的質量為： = 2.61kg，故答案為：2.61；

(5). 向Mn(NO3)2、Zn(NO3)2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液，當MnS沉淀一定程度時，測得c(Mn2+)=2.0×10-3 mol/L，則溶液中c(S2－)= =mol/L=1.3×10-10 mol/L，此時c(Zn2+)==mol/L=1.0×10-14mol/L，故答案為：1.0×10-14mol/L。