Question

12．干電池是日常生活中應用非常廣發的小型電池，鋅和二氧化錳是制造干電池的主要原料，某電池廠的科研人員利用閃鋅礦（主要成分是ZnS，另含少量CuFeS₂和 SiO₂）和鐵錳礦（主要成分是MnO₂，另含少量Al₂O₃和SiO₂），設計如圖所示的工藝流程生成鋅和二氧化錳，并獲得一系列的副產品（物質中所含的水均省略）：
試回答下列問題：

（1）CuFeS₂中Fe元素的化合價為+2．
（2）已知濾液A中含有Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等陽離子．則在“酸浸”礦石粉的過程中，所得的還原產物是Mn²⁺（填離子符號，下同）：在濾液A的：“除銅”過程中，與Cu²⁺一并被鋅還原的金屬陽離子是Fe³⁺．
（3）在濾液“B”的氧化過程中，離子方程式是MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
加入試劑乙是為了調節溶液的pH，試劑乙可能是BC（填序號）．
A．Ba（OH）₂B．ZnOC．MnCO₃D．Cu₂（OH）₂CO₃
（4）在濾液C的“電解”過程中陰極的離子方程式是Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；若“酸浸”時所加入的試劑甲為鹽酸，則電解所得陽極產物是Cl₂．
（5）在濾液D的“沉鋁”過程中，化學方程式為NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃．
（6）該工藝生成流程的優點很多，如：熱能耗低、不產生污染性氣體、獲得的副產品多．此外還有一個最顯著的優點是：產品Zn、MnO₂都可以循環利用．

Answer 1

分析 閃鋅礦（主要成分是ZnS，另含少量CnFeS₂和 SiO₂）和鐵錳礦（主要成分是MnO₂，另含少量Al₂O₃和SiO₂）粉碎，酸浸，過濾，濾液A中含有Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等陽離子，濾液中加少量Zn除Cu，Cu²⁺被還原為Cu，同時Fe³⁺被還原為Fe²⁺，過濾，濾液B中主要含有Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺和Al³⁺等陽離子，濾液B中加二氧化錳把亞鐵離子氧化為鐵離子，加ZnO或MnCO₃調解pH，Fe³⁺和Al³⁺轉化為氫氧化物沉淀，過濾，濾渣為氫氧化鐵和氫氧化鋁，加氫氧化鈉，氫氧化鋁溶解轉化為偏鋁酸鈉，氫氧化鐵不溶解，過濾，濾渣為氫氧化鐵，濾液D中通過量的二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁，濾液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，電解該溶液得到Zn和二氧化錳；
（1）CuFeS₂中Cu為+2價，S為-2價，根據化合價的代數和為零計算；
（2）鐵錳礦中含有MnO₂酸浸后溶液中為Mn²⁺，Mn元素的化合價降低；氧化性：Cu²⁺＜Fe³⁺；
（3）濾液B中加二氧化錳把亞鐵離子氧化為鐵離子；調節pH時加如的物質能消耗氫離子，但是不能引入新的雜質；
（4）濾液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，電解時陰極上錳離子得電子生成二氧化錳；陽極氯離子失電子生成氯氣；
（5）偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳生成碳酸氫鈉和氫氧化鋁沉淀；
（6）濾液C電解得到Zn、MnO₂，分離過程中用到Zn、MnO₂．

解答 解：閃鋅礦（主要成分是ZnS，另含少量CnFeS₂和 SiO₂）和鐵錳礦（主要成分是MnO₂，另含少量Al₂O₃和SiO₂）粉碎，酸浸，過濾，濾液A中含有Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等陽離子，濾液中加少量Zn除Cu，Cu²⁺被還原為Cu，同時Fe³⁺被還原為Fe²⁺，過濾，濾液B中主要含有Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺和Al³⁺等陽離子，濾液B中加二氧化錳把亞鐵離子氧化為鐵離子，加ZnO或MnCO₃調解pH，Fe³⁺和Al³⁺轉化為氫氧化物沉淀，過濾，濾渣為氫氧化鐵和氫氧化鋁，加氫氧化鈉，氫氧化鋁溶解轉化為偏鋁酸鈉，氫氧化鐵不溶解，過濾，濾渣為氫氧化鐵，濾液D中通過量的二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁，濾液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，電解該溶液得到Zn和二氧化錳；
（1）CuFeS₂中Cu為+2價，S為-2價，根據化合價的代數和為零可知Fe的化合價為：+2價；
故答案為：+2；
（2）鐵錳礦中含有MnO₂酸浸后溶液中為Mn²⁺，Mn元素的化合價降低，則MnO₂被還原．還原產物為Mn²⁺；已知氧化性：Cu²⁺＜Fe³⁺，則加入Zn還原是先與
Fe³⁺反應生成Fe²⁺，再與置換銅離子得到Cu；
故答案為：Mn²⁺；Fe³⁺；
（3）濾液B中加二氧化錳把亞鐵離子氧化為鐵離子，其反應的離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；調節pH時加如的物質能消耗氫離子，但是不能引入新的雜質，由于溶液中含有Zn²⁺、Mn²⁺，所以可以加Zn和Mn的氧化物或氫氧化物或碳酸鹽來調節pH，所以BC正確；
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；BC；
（4）濾液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，電解時陰極上錳離子得電子生成二氧化錳，其電極方程為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；若“酸浸”時所加入的試劑甲為鹽酸，則溶液中含有大量的氯離子，則電解時陽極上氯離子失電子生成氯氣；
故答案為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；Cl₂；
（5）偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳生成碳酸氫鈉和氫氧化鋁沉淀，其反應的化學方程式為：NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
故答案為：NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
（6）濾液C電解得到Zn、MnO₂，分離過程中用到Zn、MnO₂，所以產品Zn、MnO₂和H₂SO₄都可以循環利用；
故答案為：產品Zn、MnO₂都可以循環利用．

點評 本題考查了物質的分離提純操作的綜合應用，為高考常考題型，把握流程中混合物分離提純、除雜及發生的反應為解答的關鍵，側重分析、實驗、推斷能力的綜合考查，題目難度中等，注意把握分離流程以及電解原理的應用．