Question

工业上通过电解MnSO₄和ZnSO₄制取Zn和MnO₂，原料为软锰矿和闪锌矿，软锰矿中含MnO₂约a%，SiO₂约20%，Al₂O₃约4%，其余为水分，闪锌矿中含ZnS约80%，FeS、CuS、SiO₂共约7%，其余为水分。

I．（1）为了测量软锰矿中MnO₂含量的测定，现将14. 5g软锰矿溶于足量的稀硫酸中，加入足量的碘化钾晶体，充分反应后，过滤，将滤液加水稀释至1L，取25.00ml该溶液于锥形瓶中，滴入几滴淀粉溶液作指示剂，用0. l000mol.L^-1的标准Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗标准液50. 00mL，则软锰矿中MnO₂含量_________。（己知：2KI+2 H₂SO₄+ MnO₂=I₂+2H₂O+MnSO₄+K₂SO₄；I₂+2 S₂O₃^2-=2I^-+ S₄O₆^2-)

II．研宄人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺，工艺流程如图l所示．

请回答下列问题：

（2）反应I的滤液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂(SO₄)₃、Al₂ (SO₄)₃等，试完成反应I中生成CuSO₄和MnSO₄的化学方程MnO₂+CuS+___________=________+_________+CuSO₄+MnSO₄．

（3）反应II加入适量锌的作用是___________；如果锌过量，还会进一步发生反应的离子方程式为_____________。

（4）图2是Na₂SO₄和Na₂SO₄·10H₂O的溶解度曲线（g/l00g水），则Ⅳ中得到Na₂SO₄固体的操作是：将分离出MnCO₃和ZnCO₃后的滤液升温结晶→___________→用乙醇洗涤→干燥，用乙醇洗涤而不用水洗的原因是__________________________。

(5)用惰性电极电解MnSO₄和ZnSO₄制得Zn和MnO₂的总反应是_______________________。

(6)本工艺可以循环利用的物质除MnO₂、MnCO₃、ZnCO₃以外，还有___________（写化学式）．

Answer

（1）60%；（2）2H2SO4；S；2H2O；

(3)将溶液中的硫酸铜转化为铜；Zn+Fe2+=Fe+Zn2+或Zn+Mn2+=Mn+Zn2+；

(4)趁热过滤，防止Na2SO4固体因溶解而减少，防止Na2SO4固体转变为Na2SO4·10H2O晶体；

(5)MnSO4+ZnSO4+2H2OZn+MnO2+2H2SO4；(6)Zn

【解析】

试题分析：（1）已知2KI+2 H2SO4+ MnO2=I2+2H2O+MnSO4+K2SO4、I2+2 S2O32-=2I-+ S4O62-，则

MnO2～I2～2S2O32﹣

1 2

n 0.1000mol•L﹣1×0.050L

解得n＝0.0025mol

1L溶液中含MnO2物质的量＝0．0025mol×1000/25＝0.1mol

则软锰矿中MnO2含量＝；

（2）依据流程图分析判断，反应Ⅰ的滤液中含有MnSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3等，软锰矿和闪锌矿中的MnO2，CuS在酸性溶液中发生的氧化还原反应生成生成CuSO4、MnSO4和硫单质，根据原子守恒和电子得失守恒可知反应的化学方程式为：MnO2+CuS+2H2SO4＝S↓+CuSO4+MnSO4+2H2O；

（3）流程分析，反应Ⅰ的滤液中含有MnSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3等，加入锌反应生成铜，锌的主要作用是和铁离子反应生成亚铁离子，把铜离子转化为铜除去；锌过量会继续反应置换出铁，反应的离子方程式为：Zn+Fe2+＝Fe+Zn2+或Zn+Mn2+＝Mn+Zn2+；

（4）图像分析可知温度高时析出硫酸钠，温度低时析出硫酸钠结晶水合物晶体，所以需要趁热过滤；洗涤晶体时用乙醇洗涤避免形成结晶水合物；

（5）根据流程图中得到产物为二氧化锰和锌可知得到锌是锌离子在阴极得到电子析出，电极反应为：Zn2++2e﹣＝Zn；二氧化锰是在阳极锰离子失电子生成，电极反应为：Mn2+﹣2e﹣+2H2O＝MnO2+4H+，所以反应的化学方程式为MnSO4+ZnSO4+2H2OZn+MnO2+2H2SO4；

（6）依据流程图可知能循环使用的物质为Zn、ZnCO3、MnCO3和MnO2。

【考点定位】考查物质制备实验的分析判断，物质溶解性的理解应用，电解原理的应用判断、电极反应的产物判断和电极反应书写

【名师点睛】工艺流程题，就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上，分析时要从成本角度(原料是否廉价易得)、环保角度(是否符合绿色化学的要求)、现实角度等方面考虑；解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。而且还要看清问题，不能答非所问。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：本题改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→所以有什么变化→结论。