Question

新的生产MnO₂和锌的工艺简化流程框图如图(中间产物的固体部分已经略去)：

软锰矿：MnO₂含量≥65% 、Al₂O₃含最为4%；闪锌矿：ZnS含量≥80%。FeS、CuS、CdS含量各为2%。滤液B中含金属离子：Zn²⁺ ，Mn²⁺，Fe²⁺，Al³⁺

试回答下列问题：

（1）软锰矿、闪锌矿与硫酸溶液共热时可析出硫。金属元素均转化为相应的硫酸盐(锰元素以-2价存在)。则其中MnO₂和FeS发生反应的离子方程式为____________；

（2）步骤③中的MnO₂也可用下列____________(填序号)物质代替。(不考虑Mn²⁺的反应)

A   KMnO₄固体    B   H₂O₂    C  浓硝酸    D  浓硫酸    E氯水

（3）加入化合物C后可得纯净的ZnSO₄，MnSO₄溶液，C可以是ZnO，Zn(OH)₂，Mn(OH)₂ 或____________(填一种含只种元素的化合物的化学式)，产品D为____________ (填化学式)。

（4）电解过程中阳极的电极反应式为____________；

（5）Ⅰ．将制得的MnO₂(s)与KOH(s)，KClO₃(s)按比例混合，加热熔融(不断搅拌)可得KCl和K₂MnO₄的固体混合物；Ⅱ．再用5%的KOH溶液溶解得绿色(MnO₄^2-的颜色)溶液； Ⅲ．向绿色溶液中通入适量CO₂后，将溶液加热，并趁热滤去残渣(含MnO₂(s))；Ⅳ．将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、洗涤、干燥得紫色KMnO₄晶体。

①为了使MnO₂，KOH，KC1O₃恰好完全反应，三者的物质的量之比应为____________；

②写出Ⅲ中生成KMnO₄的化学方程式： ____________；

③Ⅲ中，需控制CO₂的用量，若CO₂过量，会使所得产品纯度降低，原因是____________；

Answer

(除特殊标注外，每空2分，共14分)

（1）3MnO2+2FeS+12H+=2Fe3++3Mn2++2S+6H2O

（2）BD（3）MnCO3(或ZnCO3)；H2SO4；

（4）Mn2+−2e－+2H2O=MnO2+4H＋

（5）①3∶6∶1；②2CO2+3K2MnO4=2KMnO4+MnO2+2K2CO3；

③CO2通入过量会生成溶解度小的KHCO3，随KMnO4晶体一起析出。

【解析】

试题分析：根据 软锰矿的成分：MnO2、Al2O3；闪锌矿的成分：ZnS、FeS、CuS、CdS，将软锰矿和闪锌矿与硫酸溶液混合混合共热过滤，发生化学反应Al2O3+3H2SO4═Al2(SO4)3+3H2O，根据MnO2 + ZnS + 2H2SO4 = MnSO4 + ZnSO4 + S↓ + 2H2O ，则有：3MnO2 + 6H2SO4 + 2FeS ═ Fe2(SO4)3 + 3MnSO4 + 6H2O + 2S↓ ， CuS + MnO2 + 2H2SO4 ═ CuSO4 + MnSO4 + S↓ + 2H2O ，CdS + 2H2SO4 + MnO2 ═ CdSO4 + MnSO4 + S↓ + 2H2O，得到的可溶物存在于滤液A中，其中含有MnSO4、Al2(SO4)3、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO4)3、CdSO4，向滤液中再加Zn粉过滤，发生化学反应Zn + CuSO4 ═ ZnSO4 + Cu，Zn + CdSO4 ═ ZnSO4 + Cd，Zn + 2Fe3+ ═ Zn2+ + 2Fe2+，得到滤渣C进一步回收的Cu、Cd；同时得滤液B其中含有MnSO4、Al2(SO4)3、ZnSO4、FeSO4，再向滤液B中加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，加入化合物C的目的是除去其中的铝离子和铁离子，生成Al(OH)3、Fe(OH)3；同时得滤液，其成分为ZnSO4、MnSO4，将滤液电解，阳极产生Zn，阴极产生MnO2。

（1）根据题中的信息及框图转化关系：软锰矿、闪锌矿粉末与硫酸溶液共热时析出硫的反应为氧化-还原反应，MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4+ZnSO4+S↓+2H2O，故答案为：MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S↓+6H2O；

（2）步骤③中的MnO2作氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+，为了不引入新的杂质，可以选择，H2O2和浓硫酸，故选BD。

（3）加入化合物C的目的是除去其中的铝离子和铁离子，生成Al(OH)3、Fe(OH)3，得到纯净的ZnSO4，MnSO4溶液，C可以是ZnO，Zn(OH)2，Mn(OH)2 或MnCO3(或ZnCO3)等，将滤液电解，阳极产生Zn，阴极产生MnO2和硫酸，故答案为：MnCO3(或ZnCO3)；H2SO4；

（4）电解过程中阳极的电极反应式为Mn2+−2e－+2H2O=MnO2+4H＋，故答案为：Mn2+−2e－+2H2O=MnO2+4H+；

（5）①由软锰矿与过量固体KOH和KClO3在高温下反应，生成锰酸钾(K2MnO4)和KCl，反应中化合价变化的元素为Mn、Cl，Mn元素由+4价升高为+6，Cl元素化合价由+5降低为-1，根据得失电子相等，即化合价升降相等，则二氧化锰与氯酸钾的物质的量之比为3：1，再根据原子守恒配平方程式为3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O，为了使MnO2，KOH，KC1O3恰好完全反应，三者的物质的量之比应为3∶6∶1，故答案为：3∶6∶1；

②Ⅲ中绿色MnO42-溶液中通入适量CO2后生成KMnO4的化学方程式为2CO2+3K2MnO4=2KMnO4+MnO2+2K2CO3，故答案为：2CO2+3K2MnO4=2KMnO4+MnO2+2K2CO3；

③Ⅲ中，需控制CO2的用量，若CO2过量，会使所得产品纯度降低，原因是CO2通入过量会生成溶解度小的KHCO3，随KMnO4晶体一起析出，故答案为：CO2通入过量会生成溶解度小的KHCO3，随KMnO4晶体一起析出。

考点：考查了物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用的相关知识。