2.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+2S2O32-=2I-+S4O62-
Ⅱ.研究人員開發(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(SO43、Al2(SO43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+
(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$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$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).

分析 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,得到的濾液中含有MnSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO43、Al2(SO43,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,發(fā)生的反應(yīng)為I2+2S2O32-=2I-+S4O62-,據(jù)此測定軟錳礦中MnO2含量,
Ⅰ.(1)2KI+2H2SO4+MnO2=I2+2H2O+MnSO4+K2SO4;I2+2S2O32-=2I-+S4O62-,MnO2~I(xiàn)2~2S2O32-,依據(jù)離子方程式定量關(guān)系計(jì)算,注意溶液體積的變化;
Ⅱ.(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: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,得到的濾液中含有MnSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO43、Al2(SO43,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,發(fā)生的反應(yīng)為I2+2S2O32-=2I-+S4O62-,據(jù)此測定軟錳礦中MnO2含量,
Ⅰ.(1)2KI+2H2SO4+MnO2=I2+2H2O+MnSO4+K2SO4;I2+2S2O32-=2I-+S4O62-,
  MnO2~I(xiàn)2~2S2O32-,
   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%;
Ⅱ.(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(SO43、Al2(SO43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(SO43、Al2(SO43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+
故答案為:將溶液中的硫酸銅轉(zhuǎn)化為銅;Zn+Fe2+=Fe+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+2H2$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Zn+MnO2+2H2SO4,
故答案為:MnSO4+ZnSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$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(yàn)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.

練習(xí)冊系列答案
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