Question

【化学---选修2：化学与技术】

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。

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）MnO2＋CuS＋2H2SO4＝MnSO4＋CuSO4＋S↓＋2H2O

MnO2＋2FeS＋6H2SO4＝Fe2(SO4)3＋3MnSO4＋2S＋6H2O

（2）Cu、Cd （3）将Fe2+氧化为Fe3+ Zn(OH)2

（4）阳 Mn2＋－2e－＋2H2O＝MnO2＋4H＋ H2SO4 用于溶解软锰矿和闪锌矿，循环使用

【解析】

试题分析：（1）根据MnO2与ZnS的反应可知，MnO2在酸性溶液与CuS反应生成硫酸铜、硫酸锰、S与水，MnO2在酸性溶液与FeS发生硫酸铁、硫酸锰、S与水，反应方程式分别为：

MnO2＋CuS＋2H2SO4＝MnSO4＋CuSO4＋S↓＋2H2O、MnO2＋2FeS＋6H2SO4＝Fe2(SO4)3＋3MnSO4＋2S＋6H2O；

（2）由滤液A中加入Zn所得溶液中含有的金属离子，可知Zn会将Fe3+转化为Fe2+，且置换出Cu、Cd；

（3）加入C后除去了溶液中Fe2+、Al3+，加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，再调节溶液pH，使Fe3+、Al3+转化为沉淀而除去，并且不能引入杂质，另外物质可以是Zn（OH）2、Mn（OH）2、ZnCO3、MnCO3等；

（4）Mn元素化合价升高，失去电子，则电解中MnO2在阳极析出，电极反应为Mn2＋－2e－＋2H2O＝MnO2＋4H＋，由于硫酸根离子不变，且生成氢离子，可知D的化学式为H2SO4，该物质对整个生产的意义是用于溶解软锰矿和闪锌矿，循环使用。

考点：混合物的分离提纯，物质的制备