Question

11．某化工廠以軟錳礦、閃鋅礦（除主要成分為MnO₂、ZnS外還含有少量的FeS、CuS、Al₂O₂等物質）為原料制取Zn和MnO₂．

（1）在一定條件下，將這兩種礦粉在硫酸溶液中相互作用，配平如下的化學方程式：
□MnO₂+□ZnS+□H₂SO₄═□MnSO₄+□Fe₂（SO₄）₃+□S+□H₂O
（2）將所得含有Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Zn²⁺的酸性溶液按圖1的工業(yè)流程進行處理得到溶液（Ⅳ）、電解溶液（Ⅳ）即得MnO₂和Zn．
a．操作中①中加Zn粉后發(fā)生反應的離子方程式為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu、Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺．
b．操作②中加入MnO₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；反應的離子方程式是MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺．
c．操作③中所加碳酸鹽的化學式是MnCO₃或ZnCO₃．
（3）電解法制備高錳酸鉀的實驗裝置示意圖（圖中陽離子交換膜只允許K⁺離子通過）：
①陽極的電極反應式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
②若電解開始時陽極區(qū)溶液為1.0L0.40mol/LK₂MnO₄溶液，電解一段時間后，溶液中$\frac{n（K）}{n（Mn）}$為6：5，陰極區(qū)生成生成KOH的質量為17.9．（計算結果保留3位有效數字）
（4）已知25℃時，K_sp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Al（OH）₃]=1.1×10^-33，
①在25℃下，向濃度均為0.1mol•L^-1的AlCl₃和CuCl₂混合溶液中逐滴加入氨水，先生成Al（OH）₃沉淀（填化學式）
②用MgCl₂和AlCl₃的混合溶液（A）與過量氨水（B）反應，為使Mg²⁺、Al³⁺同時生成沉淀，應先向沉淀反應器中加入B反應物．
③溶液中某離子物質的量濃度低于1.0×10^-5mol•L^-1時，可認為已沉淀完全．現向一定濃度的AlCl₃和FeCl₃的混合溶液中逐滴加入氨水，當Fe³⁺完全沉淀時，測定c（Al³⁺）=0.2mol•L^-1．此時所得沉淀中不含有（填“還含有”或“不含有”）Al（OH）₃．

Answer 1

分析 含有Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Zn²⁺的酸性溶液，加適量Zn粉，Cu²⁺被還原為Cu，Fe³⁺被還原為Fe²⁺，過濾，濾渣為Cu，濾液中含有Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Zn²⁺等，再加MnO₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后加入MnCO₃或ZnCO₃調節(jié)pH，使Fe³⁺和Al³⁺轉化為Al（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，再過濾，濾渣為Al（OH）₃、Fe（OH）₃，濾液IV中還含有Mn²⁺、Zn²⁺；
（1）根據原子守恒和得失電子守恒配平方程式；
（2）a．鋅可以Cu²⁺和Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應；
b．在酸性條件下，MnO₂可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
c．溶液中不能引入新的雜質離子；
（3）①根據陽極失電子發(fā)生氧化反應書寫電極反應式；
②根據陽極區(qū)反應，結合題給數據計算陽極區(qū)的K⁺定向移動到陰極區(qū)的物質的量，從而計算陰極區(qū)生成KOH的質量；
（4）①根據Al（OH）₃、Cu（OH）₂的溶度積常數，計算剛開始生成沉淀時，溶液中氫氧根離子的濃度，濃度小的先沉淀；
②向沉淀反應器中加入過量的氨水，Mg²⁺、Al³⁺同時生成沉淀；
③Fe³⁺完全沉淀時，c（OH^-）³=$\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}$，Qc=c（Al³⁺）•（OH^-）³，根據Qc與Ksp的相對大小判斷．

解答 解：（1）反應中Mn元素的化合價降低2價，S元素的化合價升高2價，Fe的化合價升高1價，則反應的化學方程式為：3MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=3MnSO₄+1Fe₂（SO₄）₃+2S+6H₂O，
故答案為：3；2；6；3；1；2；6；
（2）a．鋅可以Cu²⁺和Fe³⁺反應，方程式為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu； Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺，
故答案為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu； Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺；
b．在酸性條件下，MnO₂可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其反應的離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺；
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺； MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺；
c．溶液中不能引入新的雜質離子，溶液中含有錳離子和鋅離子，可加入MnCO₃或ZnCO₃來消耗氫離子，調節(jié)pH值，又不引入新的雜質，
故答案為：MnCO₃或ZnCO₃；
（3）①陽極失電子發(fā)生氧化反應，所以電極反應式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；故答案為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
②根據陽極區(qū)反應MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，錳原子的物質的量不變，所以仍為1.0L×0.40mol/L=0.4mol，電解一段時間后，溶液中$\frac{n（K）}{n（Mn）}$為6：5，所以反應后n（K）=0.48mol，則陽極區(qū)的K⁺定向移動到陰極區(qū)的物質的量為0.4mol×2-0.48mol=0.32mol，所以陰極生成KOH的物質的質量為0.32mol×56g/mol=17.9 g，
故答案為：17.9 g；
（4）①根據Al（OH）₃、Cu（OH）₂的溶度積常數，在25℃下，向濃度均為0.1mol•L^-1的AlCl₃和CuCl₂混合溶液中逐滴加入氨水，$\root{3}{\frac{1.1×1{0}^{-33}}{0.1}}$＜$\sqrt{\frac{2.2×1{0}^{-20}}{0.1}}$，加入相同的濃度的氨水，Al（OH）₃最先析出，
故答案為：Al（OH）₃；
②向沉淀反應器中加入過量的氨水，可使Mg²⁺、Al³⁺同時生成沉淀，故答案為：B；
③Fe³⁺完全沉淀時，c（OH^-）³=$\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{1.0×1{0}^{-5}}$=4.0×10^-33，Qc=c（Al³⁺）•（OH^-）³=0.2×4.0×10^-33=8×10^-34＜K_sp[Al（OH）₃]，所以沒有生成Al（OH）₃沉淀，故答案為：不含有．

點評 本題考查了物質分離提純方法和基本操作的綜合應用、電解原理的應用、Ksp的有關計算，注意把握流程中發(fā)生的化學反應以及電解原理、Ksp的含義為解答的關鍵，注重信息與所學知識的結合分析解決問題，側重知識遷移應用能力的考查，題目難度中等．