Question

某地有软锰矿（主要成分 MnO₂，含少量 SiO₂ 和 Al₂O₃）和闪锌矿（主要成分 ZnS，含少量 FeS、CuS 和 CdS）两座矿山。综合利用的工艺如下，主产品是通过电解获得的锌和二氧化锰,副产品为硫磺、少量金属铜和镉。生产中除矿石外，只需购入少量的硫酸和纯碱。

(1)以 FeS 为例，写出生成硫磺的反应方程式____。

(2)回收的硫磺可用于制取石硫合剂：在反应器内加水使石灰消解，然后加足量水，在搅拌下把硫磺粉慢慢倒入，升温熬煮，使硫发生歧化反应，先得到白色浑浊液，进一步反应得粘稠状深棕色液体，并残留少量固体杂质。制备中先得到的白色浑浊物是________________，残留的固体杂质可能是_________________。

(3)写出物质 A 和 B的化学式_____、_____。

(4)不在滤液Ⅱ中直接加入 Na₂CO₃ 的原因是_____。

(5)电解时的阴极材料为_____，阳极的电极反应式为_______________。

(6)已知 H₂CO₃ 的 K_a1=4×10^-7，K_a2=5×10^-11，则浓度均为 0.5mol/L 的 Na₂CO₃ 和 NaHCO₃ 的混合溶液的 pH 约为___________(lg4=0.6，lg5=0.7），溶液中含碳微粒的浓度从大到小的顺序为_____向此溶液中不断滴加 1mol/L 稀 HCl 时，溶液中 c(CO₃^2-)的变化曲线如下图所示，请在图中画出溶液中其它含碳微粒浓度变化的曲线。_________________________

Answer

3MnO2+2FeS+6H2SO4=3MnSO4+Fe2（SO4）3+2S↓+6H2O CaSO3 CaCO3 或（和）CaSO4 Zn MnO2 防止带入 Na+等杂质 纯锌（或 Zn） Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+ 10.3 HCO3-＞CO32-＞H2CO3（或CO2）

【解析】

（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，MnO2在酸性溶液中分别和CuS和FeS发生反应的化学方程式：MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O、MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2（SO4）3+3MnSO4+2S↓+6H2O；

（2）硫发生歧化反应，生成低价硫化物如CaS等和高价硫的含氧酸盐如CaSO3、及其氧化产物CaSO4等；

（3）滤液1中加入金属锌是为了回收金属，回收金属的主要成份为Cu、Cd；物质B中MnO2，其作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋；

（4）再加入Zn（OH）2等再调节溶液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等难溶固体；故不用Na2CO3 的原因是防止带入 Na+等杂质；

（5）阳极Mn2+失电子发生氧化反应，生成MnO2；

（6）0.5mol/L 的 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液中,CO32-水解大于HCO3-，据此可以判定混合液中离子浓度大小关系；Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液显碱性，以碳酸钠水解为主，根据水解平衡常数、碳酸的Ka2可以计算出c（OH-），进而求出c（H+），从而求出pH；Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液不断滴加 1mol/L 稀 HCl 时，先发生CO32-+H+=HCO3-，再发生HCO3-+H+=H2CO3，溶液中 c(CO32-)的变化曲线如下图所示，浓度先增大后变小，据此画图。

（1）MnO2在酸性溶液与FeS反应生成硫酸铁、硫酸锰、S与水，生成硫磺的反应方程式3MnO2+2FeS+6H2SO4=3MnSO4+Fe2（SO4）3+2S↓+6H2O。

故答案为：3MnO2+2FeS+6H2SO4=3MnSO4+Fe2（SO4）3+2S↓+6H2O；

（2）在反应器内加水使石灰溶解，然后加足量水，在搅拌下把硫磺粉慢慢倒入，升温熬煮，使硫发生歧化反应，生成低价硫化物如CaS等和高价硫的含氧酸盐如CaSO3、及其氧化产物CaSO4等，先得到白色浑浊液，进一步反应得粘稠状深棕色液体，并残留少量固体杂质。制备中先得到的白色浑浊物是CaSO3 ，残留的固体杂质可能是 CaCO3 或（和）CaSO4。

故答案为：CaSO3 ； CaCO3 或（和）CaSO4；

（3）滤液1中加入金属锌是为了回收金属，回收金属的主要成份为Cu、Cd；物质B中MnO2，其作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋；物质 A 和 B的化学式 Zn、MnO2。

故答案为： Zn；MnO2；

（4）再加入Zn（OH）2等再调节溶液pH，使Fe3＋、Al3＋转化为沉淀而除去，并且不能引入杂质，不在滤液Ⅱ中直接加入 Na2CO3 的原因是防止带入 Na+等杂质。

故答案为：防止带入 Na+等杂质；

（5）电解时的阴极材料为纯锌（或 Zn），阳极Mn2+失电子发生氧化反应，生成MnO2，阳极的电极反应式为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。

故答案为：纯锌（或 Zn）；Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+ ；

（6）已知 H2CO3 的 Ka1=4×10-7，Ka2=5×10-11，得的水解常数为: ，则浓度均为 0.5mol/L 的 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液中c(HCO3-)=c(CO32-)，即c（OH-）==2×10-4，pH=-lg5×10-11=10+lg2=10.3；0.5mol/L 的 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液中,CO32-水解大于HCO3-电离，溶液中含碳微粒的浓度从大到小的顺序为；HCO3-＞CO32-＞H2CO3（或CO2）；向此溶液中不断滴加 1mol/L 稀 HCl 时，先发生CO32-+H+=HCO3-，再发生HCO3-+H+=H2CO3，溶液中 c(CO32-)的变化曲线如下图所示，浓度先增大后变小，H2CO3在CO32-+H+=HCO3-后逐渐增大 ，其含碳微粒浓度变化的曲线。；

故答案为：10.3；HCO3-＞CO32-＞H2CO3（或CO2）；