Question

16．某地有軟錳礦和閃鋅礦兩座礦山，它們的組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）如表：

軟錳礦	閃鋅礦
MnO2約70%，SiO2約20%，Al2O3約4%，其余為水分	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，工藝流程如圖1所示．

（1）流程Ⅰ所得濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，則流程Ⅰ中被氧化的物質(zhì)有FeS、CuS種．
（2）流程Ⅱ中反應(yīng)的離子方程式為Zn+Fe³⁺=Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺．
（3）氫氧化物開(kāi)始沉淀的pH如表：

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2
開(kāi)始沉淀pH	1.5	3.3	7.6

流程Ⅲ中MnO₂的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，不直接生成Fe（OH）₂沉淀的原因是使鐵元素能全部沉淀．
（4）如圖2是Na₂SO₄和Na₂SO₄•10H₂O的溶解度（g/100g水）曲線，又知MnSO₄和ZnSO₄的溶解度隨溫度的升高而增大，則流程Ⅳ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、趁熱過(guò)濾、乙醇洗滌、干燥，要“趁熱”過(guò)濾的原因是防止形成Na₂SO₄•10H₂O．
（5）流程Ⅴ的條件是電解，電解時(shí)均用惰性電極，陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)可表示為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．
（6）取1.95g鋅加入到12.00mL 18.4mol/L的濃硫酸中（反應(yīng)中只生成一種還原產(chǎn)物），充分反應(yīng)后，小心地將溶液稀釋到1000mL，取出15.00mL，以酚酞為指示劑，用0.25mol/L的NaOH溶液滴定余酸，耗用NaOH溶液的體積為21.70mL．
①反應(yīng)后溶液中多余的硫酸是0.18 mol．
②通過(guò)計(jì)算確定濃硫酸被還原的產(chǎn)物是S．

Answer 1

分析 依據(jù)流程圖分析可知，流程Ⅰ中軟錳礦和閃鋅礦在硫酸溶液發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硫氣體，過(guò)濾得沉淀硫，及濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，流程Ⅱ中加入鋅，將鐵離子還原成亞鐵離子，銅離子被還原成銅單質(zhì)，流程Ⅲ中，加入MnO₂將亞鐵離子氧化成鐵離子同時(shí)消耗酸而得到氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，濾液中含有硫酸錳和硫酸鋅，流程Ⅳ為濾液中加入碳酸鈉得碳酸錳、碳酸鋅可循環(huán)利用，濾液為硫酸鈉溶液，流程Ⅴ為電解硫酸錳和硫酸鋅混合溶液可得二氧化錳和鋅，據(jù)此答題；
（6）①根據(jù)硫酸和氫氧化鈉之間的中和反應(yīng)來(lái)確定剩余的硫酸的物質(zhì)的量；
②根據(jù)電子守恒和化合價(jià)變化之間的關(guān)系來(lái)計(jì)算．

解答 解：（1）流程Ⅰ中軟錳礦和閃鋅礦在硫酸溶液發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硫氣體，過(guò)濾得沉淀硫，及濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，其中FeS、CuS中硫元素及鐵元素化合價(jià)都升高，所以被氧化的物質(zhì)為，
故答案為：FeS、CuS；
（2）流程Ⅱ中加入鋅，將鐵離子還原成亞鐵離子，銅離子被還原成銅單質(zhì)，反應(yīng)的離子方程式為Zn+Fe³⁺=Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，
故答案為：Zn+Fe³⁺=Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺；
（3）圖表數(shù)據(jù)可知，亞鐵離子沉淀完全的pH為7.6，而鐵離子沉淀完全的pH為1.5，所以要將亞鐵離子氧化成鐵離子，使鐵元素能全部沉淀，
故答案為：使鐵元素能全部沉淀；
（4）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：乙醇洗滌；防止形成 Na₂SO₄•10H₂O；
（5）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⁺；
（6）①硫酸和氫氧化鈉之間中和的實(shí)質(zhì)是：H⁺+OH^-=H₂O，用0.25mol/L的NaOH溶液中和余酸，耗用NaOH溶液的體積為21.70mL，這些氫氧化鈉中和掉的硫酸的物質(zhì)的量0.25mol/L×0.0217L×$\frac{1}{2}$=0.0027mol，剩余硫酸的物質(zhì)的量0.0027mol×$\frac{1000}{15}$≈0.18mol，
故答案為：0.18；
②取1.95g鋅加入到12.00mL18.4mol/L的濃硫酸中（反應(yīng)中只生成一種還原產(chǎn)物），消耗的硫酸的物質(zhì)的量是0.012L×18.4mol/L-0.18mol=0.0408mol．設(shè)硫酸的還原產(chǎn)物中，硫元素的化合價(jià)是n，金屬鋅的物質(zhì)的量是：$\frac{1.95g}{65g/mol}$=0.03mol，生成硫酸鋅的物質(zhì)的量是0.03mol，所以0.03mol的硫酸顯示酸性，根據(jù)電子守恒：$\frac{1.95g}{65g/mol}$×（2-0）=（0.0408mol-0.03mol）×（6-n），解得n=0，所以濃硫酸被還原的產(chǎn)物是硫單質(zhì)，
故答案為：S．

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、實(shí)驗(yàn)基本操作、化學(xué)計(jì)算等，題目難度較大，答題時(shí)注意元素守恒、極限反應(yīng)的靈活應(yīng)用．