Question

5．某化工廠嘗試用軟錳礦、閃鋅礦（含有Fe、Cu、Al等元素雜質）聯合制備工業產品MnO₂和Zn．（已知：軟錳礦的主要成分為MnO₂，閃鋅礦主要成分為ZnS．）

（1）原料需加工成礦粉的原因是增大反應接觸面積，加快反應速率．
（2）已知MnO₂有較強的氧化性，在酸性溶液中能氧化金屬硫化物生成硫單質，請寫出原料礦粉加稀硫酸后所發生的主要反應MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S+2H₂O．
（3）酸浸液（Ⅰ）中含有的金屬陽離子有Mn²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Al³⁺．
（4）酸性溶液（Ⅱ）中加入適量MnO₂的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；酸性溶液（Ⅲ）中所加的碳酸鹽可選用②③（填序號）．
①Na₂CO₃   ②MnCO₃    ③ZnCO₃   ④CaCO₃
（5）電解溶液Ⅳ后陽極產物為MnO₂，若電解過程轉移1mol電子，則理論上陰極產物的質量為32.5g．

Answer 1

分析 礦粉中加入稀硫酸酸浸，含有的金屬陽離子有Mn²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Al³⁺等，加入適量鋅粉，鋅可置換出銅，沉淀物中含有銅等，酸性溶液Ⅱ中加入適量的二氧化錳，可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入碳酸鹽調節溶液的pH，可促進鐵離子、鋁離子的水解，可生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，溶液Ⅳ中含有Mn²⁺、Zn²⁺，電解，可生成MnO₂和Zn．以此解答該題．

解答 解：礦粉中加入稀硫酸酸浸，含有的金屬陽離子有Mn²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Al³⁺等，加入適量鋅粉，鋅可置換出銅，沉淀物中含有銅等，酸性溶液Ⅱ中加入適量的二氧化錳，可將將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入碳酸鹽調節溶液的pH，可促進鐵離子、鋁離子的水解，可生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，溶液Ⅳ中含有Mn²⁺、Zn²⁺，電解，可生成MnO₂和Zn．
（1）因增大反應接觸面積，加快反應速率，則原料需加工成礦粉，故答案為：增大反應接觸面積，加快反應速率；
（2）MnO₂有較強的氧化性，在酸性溶液中能氧化金屬硫化物生成硫單質，反應的化學方程式為MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S+2H₂O，
故答案為：MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S+2H₂O；
（3）由以上分析可知礦粉中加入稀硫酸酸浸，含有的金屬陽離子有Mn²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Al³⁺等，故答案為：Cu²⁺；Al³⁺；
（4）MnO₂具有氧化性，酸性溶液（Ⅱ）中加入適量MnO₂的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入碳酸鹽調節溶液的pH，可促進鐵離子、鋁離子的水解，可生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，但不能引入新雜質，可用MnCO₃、ZnCO₃等，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺； ②③；
（5）陽極發生氧化反應，Mn元素被氧化，陽極產物為MnO₂，陰極析出Zn，若電解過程轉移1mol電子，則析出0.5molZn，質量為32.5g，
故答案為：MnO₂；32.5．

點評 本題考查物質分離和提純，為高頻考點，涉及難溶物的溶解平衡、離子檢驗、氧化還原反應等知識點，側重考查基本原理，明確流程圖中發生的反應及基本操作、物質的性質，題目難度中等．