Question

7．鋅是第四“常見”的金屬，僅次于鐵、鋁及銅，在現(xiàn)代工業(yè)中對于電池的制造有不可磨滅的貢獻(xiàn)，下列是以硫化鋅精礦為原料制備單質(zhì)鋅的工業(yè)流程．
Ⅰ．（1）浸出液以硫酸鋅為主，還含有 Fe³⁺、Fe²⁺、A1³⁺、Cl^-等雜質(zhì)，會(huì)影響鋅的電解，必須除去．凈化過程如下：
①在酸性條件下，用H₂O₂將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
②將浸出液的pH調(diào)節(jié)為5.5左右，使 Fe³⁺、A1³⁺形成沉淀而除去，可選用的最佳試劑為c
（填字母）
A．NaOH          B．NH₃•H₂O        C．Zn（OH）₂D．H₂SO₄
③用Ag₂SO₄可除去Cl^-，發(fā)生的離子方程式為Ag₂SO₄+2Cl^-?2AgCl+SO₄^2-．
④電解過程中析出鋅一極的電極反應(yīng)式為Zn²⁺+2e^-=Zn．
Ⅱ．煙氣中的SO₂可與軟錳礦（主要成分MnO₂，雜質(zhì)金屬元素Fe、Al、Mg等）的懸濁液反應(yīng)制備MnSO₄•H₂O．
（2）已知：K_sp[Al（OH）₃]=1×10^-33，K_sp[Fe（OH）₃]=3×10?³⁹，pH=7.1時(shí)Mn（OH）₂開始沉淀．室溫下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺（欲使其濃度小于1×10^-6mol•L^-1），需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為5.0＜pH＜7.1．
（3）由圖可以看出，從MnSO₄和MgSO₄混合溶液中結(jié)晶MnSO₄•H₂O晶體，需控制結(jié)晶溫度范圍為高于60℃．

（4）鋅錳堿性電池的總反應(yīng)式為：Zn+2MnO₂+2H₂O═2MnO（OH）+Zn（OH）₂，正極反應(yīng)式為：2MnO₂+H₂O+2e^-═Mn₂O₃+2OH^-．

Answer 1

分析 硫化鋅精礦焙燒得到ZnO及煙氣，煙氣中含有二氧化硫，ZnO焙砂用硫酸酸浸，浸出液中含有ZnSO₄等，凈化后得到硫酸鋅溶液，再電解得到Zn．
（1）①在酸性條件下，用H₂O₂將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，由電荷守恒，有氫離子參加反應(yīng)，過氧化氫還原為水；
②選擇的試劑能消耗氫離子，且不能引入新雜質(zhì)；
③溶解平衡分別為：①Ag₂SO₄（s）?2Ag⁺+SO₄^2-，②AgCl（s）?Ag⁺+Cl^-；
④Zn²⁺發(fā)生還原反應(yīng)得到Zn，在陰極析出；
（2）pH=7.1時(shí)Mn（OH）₂開始沉淀．室溫下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺，結(jié)合Al（OH）₃完全變成沉淀時(shí)的pH、Fe（OH）₃完全變成沉淀時(shí)的pH分析；
（3）從MnSO₄和MgSO₄混合溶液中結(jié)晶MnSO₄•H₂O晶體，根據(jù)圖上信息，高于60℃以后MnSO₄•H₂O的溶解度減小，而MgSO₄•6H₂O的溶解度增大，因此控制結(jié)晶溫度范圍是高于60℃；
（4）二氧化錳作正極，正極上二氧化錳得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）①在酸性條件下，用H₂O₂將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，由電荷守恒，有氫離子參加反應(yīng)，過氧化氫還原為水，反應(yīng)離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②選擇的試劑能消耗氫離子，且不能引入新雜質(zhì)，加入硫酸不能消耗溶液中氫離子，NaOH、NH₃•H₂O、ZnO 均能消耗溶液中氫離子，但NaOH、NH₃•H₂O 會(huì)引入雜質(zhì)離子，故選：C；
③溶解平衡分別為：①Ag₂SO₄（s）?2Ag⁺+SO₄^2-，②AgCl（s）?Ag⁺+Cl^-，①-②×2可得：Ag₂SO₄+2Cl^-?2AgCl+SO₄^2-，
故答案為：Ag₂SO₄+2Cl^-?2AgCl+SO₄^2-；
④Zn²⁺發(fā)生還原反應(yīng)得到Zn，Zn²⁺+2e^-=Zn，
故答案為：Zn²⁺+2e^-=Zn；
（2）pH=7.1時(shí)Mn（OH）₂開始沉淀．室溫下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺，氫氧化鋁完全變成沉淀時(shí)的pH：Ksp[Al（OH）₃]=1×10^-33=c（Al³⁺）×c³（OH^-），c（Al³⁺）=1×10^-6mol•L^-1，解得：c（OH^-）=1×10^-9mol•L^-1，c（H⁺）=1×10^-5mol•L^-1pH=5，同理Fe（OH）₃完全變成沉淀時(shí)，pH約為3.5，故pH范圍是：5.0＜pH＜7.1，
故答案為：5.0＜pH＜7.1；
（3）從MnSO₄和MgSO₄混合溶液中結(jié)晶MnSO₄•H₂O晶體，根據(jù)圖上信息，高于60℃以后MnSO₄•H₂O的溶解度減小，而MgSO₄•6H₂O的溶解度增大，因此控制結(jié)晶溫度范圍是高于60℃這樣可以得到純凈的MnSO₄•H₂O，
故答案為：高于60℃；
（4）二氧化錳作正極，正極上二氧化錳得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2MnO₂+H₂O+2e^-═Mn₂O₃+2OH^-．
故答案為：2MnO₂+H₂O+2e^-═Mn₂O₃+2OH^-．

點(diǎn)評 本題考查較綜合，涉及原電池電極反應(yīng)書寫、溶度積計(jì)算及混合物分離、圖象分析等，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重分析、計(jì)算能力的綜合考查，題目難度中等．