Question

【題目】我國是干電池的生產和消費大國。某工廠用軟錳礦（主要成分是MnO2，含少量Al2O3和SiO2）和閃鋅礦（主要成分是ZnS，含少量FeS、CuS等雜質）為原料制備MnO2和Zn（干電池原料），其簡化流程如下：

已知：經過反應Ⅰ后，所有金屬元素均以離子形式存在。

回答下列問題：

（1）堿性鋅錳干電池是以鋅粉為負極，二氧化錳為正極，氫氧化鉀溶液為電解質。電池總反應為2MnO2+Zn+2KOH=2MnOOH+K2ZnO2，請寫出電池的正極反應式__________。

（2）濾渣1中除了SiO2以外，還有一種淡黃色物質，該物質是由MnO2、CuS與硫酸共熱時產生的，請寫出該反應化學方程式________________。

（3）反應Ⅱ中加入適量金屬鋅的目的是為了回收某種金屬，請寫出該反應的離子方程式______。

（4）反應Ⅲ中X可以是______。（填字母代號）

a．MgO b．Zn(OH)2 c．Cu2(OH)2CO3 d．MnCO3

（5）已知：H2S的電離常數K1=1.0×107，K2=7.0×1015。0.1 mol/L NaHS的pH___7(填“＞”“＝”或“＜”）。

（6）在廢水處理領域中常用H2S將Mn2+轉化為MnS除去，向含有0.020 mol·L1 Mn2+廢水中通入一定量的H2S氣體，調節溶液的pH=a，當HS濃度為1.0×104 mol·L1時，Mn2+開始沉淀，則a=________。[已知：Ksp(MnS)=1.4×1015]

Answer 1

【答案】MnO2 + e- + H2O = MnOOH + OH— MnO2+CuS +2H2SO4 = MnSO4 + CuSO4 + S + 2H2O Cu2＋＋Zn = Cu+ Zn2＋ bd ＞ 5

【解析】

根據流程圖：軟錳礦(主要成分是MnO2，含少量Al2O3和SiO2)和閃鋅礦(主要成分是ZnS，含少量FeS、CuS等雜質)加入硫酸酸浸，發生反應：MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4+ZnSO4+S↓+2H2O、3MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S+6H2O、MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S+2H2O、Al2O3+3H2SO4═Al2(SO4)3+3H2O酸浸后的過濾液中含有Mn2+、Zn2+、Fe3+、Al3+，浸取渣為S和SiO2，加入適量的Zn和鐵離子反應生成亞鐵離子，把銅離子轉化為銅單質，過濾除去Cu，向濾液加入MnO2氧化亞鐵離子為鐵離子，加入Zn(OH)2或MnCO3調節溶液pH，使Fe3+和Al3+轉化為沉淀，Fe3+和Al3+完全轉化為Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，過濾除去，得到的濾液中含硫酸錳、硫酸鋅，電解，陽極生成二氧化錳，陰極生成鋅，同時得到硫酸，據此分析解答。

(1)電池總反應為2MnO2+Zn+2KOH=2MnOOH+K2ZnO2，鋅為負極發生氧化反應，正極為二氧化錳生成MnOOH的過程，結合電解質為堿溶液和電荷守恒、原子守恒，正極反應式為MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-，故答案為：MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-；

(2)濾渣1中除SiO2以外，還有一種淡黃色物質，該物質是由MnO2、CuS與硫酸共熱時產生的S單質，反應的方程式為：MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S+2H2O，故答案為： M nO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S+2H2O；

(3)反應Ⅱ中加入適量金屬鋅可以置換出Cu進而回收Cu，反應的離子方程式為：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，故答案為：Zn+Cu2+=Zn2++Cu；

(4)反應Ⅲ中X的作用是調節溶液pH，使Fe3+和Al3+轉化為沉淀，得到的含硫酸錳、硫酸鋅的溶液，abcd均可調節pH，為不引入雜質可以選擇Zn(OH)2或MnCO3，故答案為：bd；

(5)已知：H2S的K2=7.0×10-15，HS-的水解平衡常數==＞K2，說明HS-的水解平衡常數大于其電離平衡常數，故溶液顯堿性，pH＞7；故答案為：＞；

(6)當Qc=Ksp(MnS)時開始沉淀，調節溶液的pH=a，H2S電離常數：K2=7.0×10-15，HS-濃度為1.0×10-4molL-1時，K2=，則7.0×10-15=，則c(S2-)=7×10a-19molL-1，所以Ksp=c(Mn2+)c(S2-)=7×10a-19molL-1×0.020molL-1=1.4×10-15，解得a=5，故答案為：5。