Question

【題目】軟錳礦的主要成分為MnO2，含少量Al2O3和SiO2。閃鋅礦主要成分為ZnS，含少量FeS、CuS、CdS雜質。現以軟錳礦和閃鋅礦為原料制備MnO2和Zn，其簡化流程如下（中間產物的固體部分已經略去）。

已知： Ⅰ．礦石中所有金屬元素在濾液A中均以離子形式存在。

Ⅱ．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中為了加快硫酸的浸取速率，可采用的方法是_________________（任寫一種）。①中發生多個反應，其中MnO2、FeS與硫酸共熱時有淡黃色物質析出，溶液變為棕黃色，寫出MnO2、FeS與硫酸共熱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，回收金屬的主要成分是_________。

（3）步驟③中MnO2的其作用是__________________，另外一種物質X可以是__________。

A．ZnO B．MgCO3 C．MnCO3 D．Cu(OH)2

（4）MnO2與Li構成LiMnO2，它可作為某鋰離子電池的正極材料，電池反應方程式為： Li1-xMnO2+LixC6=LiMnO2+6C，寫出該鋰離子電池的正極電極反應式__________。

（5）已知：HCN的電離常數K=4.9×10－10，H2S的電離常數K1=1.3×10―7，K2=7.0×10―15，向NaCN溶液中通入少量的H2S氣體，反應的離子方程式為__________________。在廢水處理領域中常用H2S將Mn2+轉化為MnS除去，向含有0.020 mol·L―1Mn2+廢水中通入一定量的H2S氣體，調節溶液的pH=a，當HS―濃度為1.0×10―4 mol·L―1時，Mn2+開始沉淀，則a=______。[已知：Ksp(MnS)=1.4×10―15]

Answer 1

【答案】將礦石粉碎、加熱、攪拌等3MnO2+2FeS+6H2SO4 Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S↓+6H2OCu、Cd將Fe2+氧化為Fe3+ACLi1－xMnO2+xLi++xe－=LiMnO2CN－+H2S=HCN+HS－5

【解析】軟錳礦、閃鋅礦和稀硫酸混合，發生的反應有MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4+ZnSO4+S↓+2H2O、MnO2+FeS+2H2SO4=MnSO4+FeSO4+S↓+2H2O、MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O、MnO2+CdS+2H2SO4=MnSO4+CdSO4+S↓+2H2O、Al2O3+3H2SO4═Al2(SO4)3+3H2O，二氧化硅不溶于稀硫酸，然后過濾，濾液中含有MnSO4、FeSO4、CuSO4、CdSO4、Al2(SO4)3，向濾液中加入Zn，Zn能還原Cu2+、Cd2+得到Cu、Cd，過濾向濾液中加入二氧化錳和X，二氧化錳具有氧化性，能氧化還原性離子Fe2+，X能使溶液中鐵離子、鋁離子反應生成沉淀，則X能和氫離子反應且不能引進新的雜質；電解硫酸鋅和硫酸錳溶液得到Zn、MnO2和稀硫酸；

（1）步驟①中通常通過將固體粉碎、加熱、攪拌等方法，來加快硫酸的浸取速率；①中MnO2、FeS與硫酸共熱時有淡黃色S物質析出，溶液變為棕黃色，說明有Fe3+生成，發生反應的化學方程式為3MnO2+2FeS+6H2SO4 Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S↓+6H2O；

（2）根據流程圖中反應前后離子變化確定回收金屬成分為Cu、Cd；
（3）二氧化錳具有氧化性，能氧化還原性離子亞鐵離子，然后將鐵離子除去；X能和氫離子反應而調節溶液的pH，且不能引進新的雜質，符合條件的有ZnO和MnCO3，一水合氨和NaOH雖然能調節溶液的pH但引進新的雜質，故答案為AC；

(4)鋰離子電池的正極發生還原反應，根據電池反應Li1-xMnO2+LixC6=LiMnO2+6C，可知正極電極反應式為Li1－xMnO2+xLi++xe－=LiMnO2 ；

(5)根據HCN的電離常數K=4.9×10－10，H2S的電離常數K1=1.3×10―7，K2=7.0×10―15，可知酸性強弱順序為HS-＜HCN＜H2S，則向NaCN溶液中通入少量的H2S氣體，反應的離子方程式為CN－+H2S=HCN+HS－；當含有0.020 mol·L―1Mn2+廢水中通入一定量的H2S氣體，Mn2+開始沉淀時Ksp(MnS)=c（S2-）×c(Mn2+)=1.4×10―15，c（S2-）=7×10―14，此時溶液中HS―濃度為1.0×10―4 mol·L―1，K2=7.0×10―15=[c（S2-）×c(H+)]÷c（HS-），解得c(H+)=1.0×10―5，此時溶液pH=5。