Question

工业上主要采用软锰矿和闪锌矿联合生产MnO₂和锌。软锰矿主要成分为MnO₂，还含少量A1₂O₃和SiO₂杂质。闪锌矿主要成分为ZnS，还含少量FeS、CuS杂质。现用稍过量的软猛矿和闪转矿为原料，经过一系列处理后制备产品“MnO₂和锌”。工艺流程如下：

已知：I：金属硫化物、硫酸、二氧化锰三者发生的反应均是氧化还原反应。

例如: MnO₂+ZnS+2H₂SO₄MnSO₄+ZnSO₄+S+2H₂O。

II：4X^-+Mn²⁺MnX₄^2-，X^-不参与电极反应。Zn²⁺与X^-不反应。

III：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)操作I的名称是_____________。

(2)物质C是MnO₂和ZnO的混合物。加入物质C充分作用后，过滤，所得固体的成分是_______(用化学式表示)。

(3)电解溶液D的装置如下图所示，两个电极都是惰性电极。

①硫酸钠的作用是__________________。

②b电极的电极反应式是____________________________________。

请用平衡移动原理解释加入试剂NaX的作用:___________________________。

(4)若一定质量的闪锌矿中含1.76kg FeS，则在上述流程中1.76kg FeS消粍MnO₂的质量为_____kg。

(5)现有0.4mol/LMn(NO₃)₂、0.8mol/LZn(NO₃)₂的混合溶液100mL，向该混合液中逐滴加入Na₂S溶液，当MnS沉淀一定程度时，测得c( Mn²⁺) = 2.0×10^-3mol/L，则此时c(Zn²⁺)=______[已知K_sp(ZnS) =1.3×10^-24，K_sp(MnS) =2.6×10^-13]。

Answer

过滤 Al(OH)3和Fe(OH)3 增强溶液的导电性 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ Mn2+与X-反应生成阴离子(MnX42-)，把溶液D加入阴极室，MnX42-向阳极室移动，因Mn2+参加反应浓度降低使平衡4X-+Mn2+MnX42-逆向移动，Mn2+放电转化成MnO2 2.61 1.0×10-14mol/L

【解析】（1）操作I后得到固体和液体，是固液分离的实验操作，则为过滤；（2）加入MnO2和ZnO的混合物，消耗硫酸，使氢离子浓度减少，PH值增大，铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，则所得固体的成分是Al(OH)3和Fe(OH)3；（3）①硫酸钠是强电解质，其作用是增强溶液的导电性；②b电极连接电源的正极，锰离子发生氧化反应生成二氧化锰，其电极反应式是Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；Mn2+与X-反应生成阴离子(MnX42-)，把溶液D加入阴极室，MnX42-向阳极室移动，因Mn2+参加反应浓度降低使平衡4X-+Mn2+MnX42-逆向移动，Mn2+放电转化成MnO2；(4)根据反应3MnO2+2FeS+6H2SO43MnSO4+Fe2(SO4)3+2S+6H2O，1.76kg FeS消粍MnO2的质量为；(5) 根据Ksp(MnS) =2.6×10-13＝c( Mn2+)c(S2-)=2.0×10-3mol/L×c(S2-)，则c(S2-)＝1.3×10-10mol/L，此时c(Zn2+)=＝＝1.0×10-14mol/L。