Question

14．工業(yè)上通過電解MnSO₄和ZnSO₄制取Zn和MnO₂，原料為軟錳礦和閃鋅礦，軟錳礦中含MnO₂約a%，SiO₂約20%，Al₂O₃約4%，其余為水分，閃鋅礦中含ZnS約80%，F(xiàn)eS、CuS、SiO₂共約7%，其余為水分．
I．（1）為了測量軟錳礦中MnO₂含量的測定，現(xiàn)將14.5g軟錳礦溶于足量的稀硫酸中，加入足量的碘化鉀晶體，充分反應(yīng)后，過濾，將濾液加水稀釋至1L，取25.00ml該溶液于錐形瓶中，滴入幾滴淀粉溶液作指示劑，用0.1000mol•L^-1的標(biāo)準(zhǔn)Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗標(biāo)準(zhǔn)液50.00ml，則軟錳礦中MnO₂含量60%．（已知：2KI+2H₂SO₄+MnO₂=I₂+2H₂O+MnSO₄+K₂SO₄；   I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-）
Ⅱ．研人員開發(fā)了綜合利用這兩種資源的同槽酸浸工藝，工藝流程如圖1所示．

請回答下列問題：
（2）反應(yīng)I的濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等．試完成反應(yīng)I中生成CuSO₄和MnSO₄的化學(xué)方程MnO₂+CuS+2H₂SO₄=S+2H₂O+CuSO₄+MnSO₄．
（3）反應(yīng)Ⅱ加入適量鋅的作用是將溶液中的硫酸銅轉(zhuǎn)化為銅；如果鋅過量，還會進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Zn+Fe²⁺=Fe+Zn²⁺或Zn+Mn²⁺=Mn+Zn²⁺．
（4）圖2是Na₂SO₄和Na₂SO₄•10H₂O的溶解度曲線（g/100g水），則Ⅳ中得到Na₂SO₄固體的操作是：將分離出MnCO₃和ZnCO₃后的濾液升溫結(jié)晶→趁熱過濾→用乙醇洗滌→干燥．用乙醇洗滌而不用水洗的原因是防止Na₂SO₄固體因溶解而減少，防止Na₂SO₄固體轉(zhuǎn)變?yōu)镹a₂SO₄•10H₂O晶體．

（5）用惰性電極電解MnSO₄和ZnSO₄制得Zn和MnO₂的總反應(yīng)是：MnSO₄+ZnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Zn+MnO₂+2H₂SO₄．
（6）本工藝可以循環(huán)利用的物質(zhì)除MnO₂、MnCO₃、ZnCO₃以外，還有Zn（寫化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）2KI+2H₂SO₄+MnO₂=I₂+2H₂O+MnSO₄+K₂SO₄；I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，MnO₂～I(xiàn)₂～2S₂O₃^2-，依據(jù)離子方程式定量關(guān)系計算，注意溶液體積的變化；
（2）生成CuSO₄和MnSO₄的化學(xué)方程式是MnO₂，CuS在酸性溶液中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，氧化劑為MnO₂，被還原為硫酸錳，還原劑為CuS，被氧化為硫單質(zhì)同時生成硫酸銅，依據(jù)電子守恒和原子守恒寫出化學(xué)方程式判斷；
（3）流程圖分析，鋅的主要作用是加入適量和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，把銅離子轉(zhuǎn)化為銅除去；鋅過量會和亞鐵離子反應(yīng)生成鐵單質(zhì)；
（4）依據(jù)圖象的溶解度隨溫度變化分析判斷，得到硫酸鈉的適宜條件，注意溶解度的影響；
（5）流程圖中得到產(chǎn)物為二氧化錳和鋅分析，得到鋅是鋅離子在陰極得到電子析出；二氧化錳是在陽極失電子生成，據(jù)此書寫化學(xué)方程式；
（6）可以循環(huán)利用的物質(zhì)是反應(yīng)過程中重復(fù)使用，最后又生成可以進(jìn)行循環(huán)使用．

解答 解：（1）2KI+2H₂SO₄+MnO₂=I₂+2H₂O+MnSO₄+K₂SO₄；I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，
  MnO₂～I(xiàn)₂～2S₂O₃^2-，
   1         2
  n      0.1000mol•L^-1×0.050L
n=0.0025mol
1L溶液中含MnO₂物質(zhì)的量=0.0025mol×$\frac{1000}{25}$=0.1mol，
則軟錳礦中MnO₂含量=$\frac{0.1mol×87g/mol}{14.5g}$×100%=60%，
故答案為：60%；
（2）依據(jù)流程圖分析判斷，反應(yīng)Ⅰ的濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，軟錳礦和閃鋅礦中的MnO₂，CuS在酸性溶液中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)生成生成CuSO₄和MnSO₄硫單質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MnO₂+CuS+2H₂SO₄=S↓+CuSO₄+MnSO₄+2H₂O，
故答案為：2H₂SO₄；S；2H₂O；
（3）流程分析，反應(yīng)Ⅰ的濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，加入鋅反應(yīng)生成銅，鋅的主要作用是加入適量和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，把銅離子轉(zhuǎn)化為銅除去；鋅過量會繼續(xù)反應(yīng)置換出鐵；反應(yīng)的離子方程式為：Zn+Fe²⁺=Fe+Zn²⁺或Zn+Mn²⁺=Mn+Zn²⁺，
故答案為：將溶液中的硫酸銅轉(zhuǎn)化為銅；Zn+Fe²⁺=Fe+Zn²⁺或Zn+Mn²⁺=Mn+Zn²⁺；
（4）圖象分析可知溫度高時析出硫酸鈉，溫度低時析出硫酸鈉結(jié)晶水合物晶體，所以需要趁熱過濾；洗滌晶體時用乙醇洗滌避免形成結(jié)晶水合物，
故答案為：趁熱過濾，防止Na₂SO₄固體因溶解而減少，防止Na₂SO₄固體轉(zhuǎn)變?yōu)镹a₂SO₄•10H₂O晶體；
（5）流程圖中得到產(chǎn)物為二氧化錳和鋅分析，得到鋅是鋅離子在陰極得到電子析出，電極反應(yīng)為：Zn²⁺+2e-=Zn；二氧化錳是在陽極錳離子失電子生成，電極反應(yīng)為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MnSO₄+ZnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Zn+MnO₂+2H₂SO₄，
故答案為：MnSO₄+ZnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Zn+MnO₂+2H₂SO₄；
（6）依據(jù)流程圖可知能循環(huán)使用的物質(zhì)為Zn、ZnCO₃、MnCO₃和MnO₂，
故答案為：Zn．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)制備實(shí)驗的分析判斷，物質(zhì)溶解性的理解應(yīng)用，電解原理的應(yīng)用判斷，電極反應(yīng)的產(chǎn)物判斷和電極反應(yīng)書寫，題目難度較大．