Question

軟錳礦中含MnO₂約70%，SiO₂約20%，Al₂O₃約4%，其余為水分；閃鋅礦中含ZnS約80%，F(xiàn)eS、CuS、SiO₂共約7%，其余為水分．科研人員開(kāi)發(fā)了綜合利用這兩種資源的同槽酸浸工藝，制取Zn、MnO₂和Na₂SO₄．其工藝流程如下：

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

（1）Ⅰ的濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等．寫(xiě)出MnO₂、CuS與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：
______．
（2）Ⅲ中調(diào)節(jié)溶液的pH至5.2～5.4，此時(shí)生成沉淀M的成分為_(kāi)_____（寫(xiě)化學(xué)式）；Ⅲ中加入MnO₂的作用是______．
（3）如圖是Na₂SO₄和Na₂SO₄?10H₂O的溶解度曲線（g/100g水），則Ⅳ中得到Na₂SO₄固體的操作是：將分離出MnCO₃和ZnCO₃后的濾液升溫結(jié)晶、______、用乙醇洗滌后干燥．乙醇洗滌而不用水洗的原因是______．
（4）Ⅴ是用惰性電極電解制得Zn和MnO₂，則陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_____．
（5）綠色化學(xué)思想在本工藝中得到了充分體現(xiàn)，在本工藝流程中可循環(huán)使用的物質(zhì)有：MnO₂、ZnCO₃、MnCO₃、______和______（寫(xiě)化學(xué)式）．

Answer 1

解：（1）流程圖分析生成沉淀硫，MnO₂、CuS與硫酸反應(yīng)生成MnSO₄、CuSO₄、H₂O，配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式為：MnO₂+CuS+2H₂SO₄=S↓+MnSO₄+CuSO₄+2H₂O，
故答案為：MnO₂+CuS+2H₂SO₄=S↓+MnSO₄+CuSO₄+2H₂O；
（2）圖表數(shù)據(jù)分析，pH至5.2～5.4時(shí)鐵離子和鋁離子全部沉淀；Ⅲ中加入MnO₂的作用是做氧化劑氧化亞鐵離子易于調(diào)節(jié)溶液PH全部沉淀，
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
（3）圖象分析可知溫度高時(shí)析出硫酸鈉，溫度低時(shí)析出硫酸鈉結(jié)晶水合物晶體，所以需要趁熱過(guò)濾；洗滌晶體時(shí)用乙醇洗滌避免形成結(jié)晶水合物，
故答案為：趁熱過(guò)濾，防止形成 Na₂SO₄?10H₂O；
（4）流程圖中得到產(chǎn)物為二氧化錳和鋅分析，得到鋅是鋅離子在陰極得到電子析出；二氧化錳是在陽(yáng)極錳離子失電子生成，電極反應(yīng)為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
（5）依據(jù)流程圖中物質(zhì)的反應(yīng)和物質(zhì)的生成分析可知鋅、硫酸是可以循環(huán)使用的試劑，故答案為：Zn；H₂SO₄；
分析：（1）依據(jù)流程圖分析生成沉淀硫，MnO₂、CuS與硫酸反應(yīng)生成MnSO₄、CuSO₄、H₂O，分析可知發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（2）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，pH至5.2～5.4時(shí)鐵離子和鋁離子全部沉淀；Ⅲ中加入MnO₂的作用是做氧化劑氧化亞鐵離子；
（3）依據(jù)圖象的溶解度隨溫度變化分析判斷，得到硫酸鈉的適宜條件，注意溶解度的影響；
（4）流程圖中得到產(chǎn)物為二氧化錳和鋅分析，得到鋅是鋅離子在陰極得到電子析出；二氧化錳是在陽(yáng)極失電子生成；
（5）在流程圖中做為原料參加反應(yīng)，過(guò)程中最后生成的物質(zhì)是可以循環(huán)利用的物質(zhì)分析判斷．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)的分析判斷，物質(zhì)溶解性的理解應(yīng)用，電解原理的應(yīng)用判斷．電極反應(yīng)的產(chǎn)物判斷和電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)，題目難度較大．