Question

软锰矿的主要成分为MnO₂，含少量Al₂O₃和SiO₂。闪锌矿主要成分为ZnS，含少量FeS、CuS、CdS杂质。现以软锰矿和闪锌矿为原料制备MnO₂和Zn，其简化流程如下（中间产物的固体部分已经略去）。

已知： Ⅰ．矿石中所有金属元素在滤液A中均以离子形式存在。

Ⅱ．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中发生多个反应，其中MnO₂、FeS与硫酸共热时有淡黄色物质析出，溶液变为棕黄色，写出MnO₂、FeS与硫酸共热发生反应的化学方程式______。

（2）步骤③中MnO₂的其作用是______，另外一种物质X可以是______。

A．MgCO₃       B．ZnO      C．MnCO₃       D．Cu(OH)₂

（3）MnO₂与Li构成LiMnO₂，它可作为某锂离子电池的正极材料，电池反应方程式为： Li_1-xMnO₂+Li_xC₆=LiMnO₂+6C，写出该锂离子电池的正极电极反应式______。MnO₂可做超级电容器材料，用惰性电极电解MnSO₄溶液可制得MnO₂，其阳极的电极反应式是______.

（4）已知：H₂S的电离常数K₁=1.3×10^―7，K₂=7.0×10^―15，在废水处理领域中常用H₂S将Mn²⁺转化为MnS除去，向含有0.020 mol·L^―1Mn²⁺废水中通入一定量的H₂S气体，调节溶液的pH=a，当HS^―浓度为1.0×10^―4 mol·L^―1时，Mn²⁺开始沉淀，则a=______。[已知：K_sp(MnS)=1.4×10^―15]

Answer

3MnO2+2FeS+6H2SO4 Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S↓+6H2O 将Fe2+氧化为Fe3+ BC Li1－xMnO2+xLi++xe－=LiMnO2 Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+ 5

【解析】（1）步骤①，MnO2、FeS与硫酸共热时析出淡黄色物质为硫，溶液变为棕黄色， MnO2、FeS与硫酸共热发生反应的化学方程式为3MnO2+2FeS+6H2SO4 Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S↓+6H2O，故答案为：3MnO2+2FeS+6H2SO4 Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S↓+6H2O；

（2）步骤③中MnO2的作用是将将Fe2+氧化为Fe3+，便与后续操作中除去，另外一种物质X的作用是调节溶液的pH，使Fe3+沉淀，为了不引入新的杂质，可以使用ZnO、MnCO3，不能使用MgCO3和Cu(OH)2，故答案为：将Fe2+氧化为Fe3+；BC；

（3）根据电池反应方程式： Li1-xMnO2+LixC6=LiMnO2+6C，该锂离子电池的正极电极反应式为Li1－xMnO2+xLi++xe－=LiMnO2，MnO2可做超级电容器材料，用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，故答案为：Li1－xMnO2+xLi++xe－=LiMnO2；Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；

（4）当Qc=Ksp（MnS）时开始沉淀，所以c（S2-）===0.7×10-13mol/L，根据H2S的电离常数K2=7.0×10―15，K2= = =7.0×10―15=1.0×10―5，pH=5，故答案为：5。