Question

MnO₂和锌是制造干电池的主要原料。电解法生产MnO₂传统的工艺主要流程为：软锰矿加煤还原焙烧；用硫酸浸出焙烧料；浸出液（主要含Mn²⁺）经净化后再进行电解，MnO₂在电解池的阳极析出。90年代后期发明了生产MnO₂和锌的新工艺，主要是采用软锰矿（主要成分为MnO₂，含少量Al₂O₃和SiO₂杂质）和闪锌矿（主要成分为ZnS，含少量FeS、CuS、CdS杂质）为主要原料，经过除杂后，得到含Zn²⁺、Mn²⁺离子的溶液，再通过电解同时获得MnO₂和锌。简化流程框图如下（中间产物的固体部分已经略去）：

软锰矿、闪锌矿滤液AZn^2＋、Mn^2＋、Fe^2＋、Al^3＋ZnSO₄、MnSO₄溶液Zn＋MnO₂＋产品D

已知各种金属离子完全沉淀的pH如下表：

	Zn^2+	Mn^2+	Fe^2+	Fe^3+	Al^3+
pH	8.0	10.1	9.0	3.2	4.7

回答下列问题：

（1）步骤①中，软锰矿、闪锌矿粉与硫酸溶液共热时析出硫的反应为氧化还原反应，例如：MnO₂＋ZnS＋2H₂SO₄＝MnSO₄＋ZnSO₄＋S↓＋2H₂O，请写出MnO₂在酸性溶液中分别和CuS和FeS发生反应的化学方程式：______________、_____________。

（2）步骤②加入金属锌是为了回收金属，回收金属的主要成份为___________（用化学符号表示）

（3）步骤③物质C由多种物质组成，其中含有两种固体，其中一种为MnO₂，其作用是_______________，另外一种固体物质可为___________。

（4）步骤④中电解过程中MnO₂在________极析出，该电极上发生的反应方程式为________________。产品D的化学式为_________，该物质对整个生产的意义是_____________________。

Answer

（1）3MnO2+6H2SO4+2FeS═Fe2（SO4）3+3MnSO4+6H2O+2S↓

CuS+MnO2+2H2SO4═CuSO4+MnSO4+S↓+2H2O

（2）Cu、Cd（3）将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+ Zn(OH)2

（4）Mn2+-2e-+2 H2O= MnO2+4H+ H2SO4 溶解软锰矿、闪锌矿，可以循环利用。

【解析】

试题分析：（1）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，当软锰矿、闪锌矿粉末与硫酸溶液共热时，酸性条件下会发生3MnO2 + 6H2SO4 + 2FeS ═ Fe2（SO4）3 + 3MnSO4 + 6H2O + 2S↓ ， CuS + MnO2 + 2H2SO4 ═ CuSO4 + MnSO4 + S↓ + 2H2O 。（2）步骤②加入金属锌发生如下反应：Zn+CuSO4═ZnSO4+Cu，Zn+CdSO4═ZnSO4+Cd，Zn+2Fe3+═Zn2++2Fe2+，过滤得滤液B，其中的成分有MnSO4、Al2（SO4）3、ZnSO4、FeSO4，滤渣乙中有Cu、Cd，加以回收。（3）MnO2作用是将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+。 （4）二氧化锰在酸溶后备还原为锰离子，通电电解在阳极生成二氧化锰，反应方程式为Mn2+-2e-+2 H2O= MnO2+4H+。依据流程分析电解滤液后生成了硫酸，产品D的化学式为H2SO4。硫酸进行酸溶解软锰矿、闪锌矿，可以循环利用。

【考点定位】电解原理；氧化还原反应

【名师点睛】本题以工业流程的形式考查，电解原理、氧化还原反应的应用，化学是历年高考命题的"热点"，物质性质的分析利用是解题关键，题目难度中等。