Question

9．新的生產(chǎn)MnO₂和鋅的工藝簡(jiǎn)化流程框圖如圖（中間產(chǎn)物的固體部分已經(jīng)略去）：

軟錳礦：MnO₂含量≥65%、Al₂O₃含最為4%；閃鋅礦：ZnS含量≥80%．FeS、CuS、CdS含量各為2%．濾液B中含金屬離子：Zn²⁺，Mn²⁺，F(xiàn)e²⁺，Al³⁺
試回答下列問(wèn)題：
（1）軟錳礦、閃鋅礦與硫酸溶液共熱時(shí)可析出硫．金屬元素均轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽（錳元素以-2價(jià)存在）．則其中MnO₂和FeS發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3MnO₂+2FeS+12H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe³⁺+3Mn²⁺+2S↓+6H₂O；
（2）步驟③中的MnO₂也可用下列BD （填序號(hào)）物質(zhì)代替．（不考慮Mn²⁺的反應(yīng)）
A． KMnO₄固體B． H₂O₂         C．濃硝酸D．濃硫酸E．氯水
（3）加入化合物C后可得純凈的Z．nSO₄，MnSO₄溶液，C可以是ZnO，Zn（OH）₂，Mn（OH）₂ 或MnCO₃（或ZnCO₃） （填一種含只種元素的化合物的化學(xué)式），產(chǎn)品D為H₂SO₄ （填化學(xué)式）．
（4）電解過(guò)程中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
（5）Ⅰ．將制得的MnO₂（s）與KOH（s），KClO₃（s）按比例混合，加熱熔融（不斷攪拌）可得KCl和K₂MnO₄的固體混合物；Ⅱ．再用5%的KOH溶液溶解得綠色（MnO₄^2-的顏色）溶液；Ⅲ．向綠色溶液中通入適量CO₂后，將溶液加熱，并趁熱濾去殘?jiān)�（含MnO₂（s））；Ⅳ．將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、洗滌、干燥得紫色KMnO₄晶體．
①為了使MnO₂，KOH，KC1O₃恰好完全反應(yīng)，三者的物質(zhì)的量之比應(yīng)為3：6：1；
②寫(xiě)出Ⅲ中生成KMnO₄的化學(xué)方程式：2CO₂+3K₂MnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃；
③Ⅲ中，需控制CO₂的用量，若CO₂過(guò)量，會(huì)使所得產(chǎn)品純度降低，原因是CO₂通入過(guò)量會(huì)生成溶解度小的KHCO₃，隨KMnO₄晶體一起析出．

Answer 1

分析 軟錳礦：MnO₂含量≥65%；Al₂O₃含量為4%．閃鋅礦：ZnS含量≥80%；FeS、CuS、CdS含量各為2%，軟錳礦、閃鋅礦與硫酸溶液共熱時(shí)可析出硫，濾液A為硫酸鐵、硫酸錳、硫酸鋁、硫酸銅、硫酸鎘的水溶液，加入適量金屬鋅，鋅和鐵離子反應(yīng)生成鋅離子和亞鐵離子，鋅和銅離子反應(yīng)生成銅和鋅離子，濾液B中含金屬離子：Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，過(guò)濾得到濾渣為銅、鎘，濾液B中加入二氧化錳氧化亞鐵離子為鐵離子，加入化合物C后可得純凈的ZnSO₄、MnSO₄溶液，C可以是ZnO或Zn（OH）₂，Mn（OH）₂、MnCO₃或ZnCO₃，電解ZnSO₄、MnSO₄溶液得到鋅、二氧化錳和D為硫酸，
（1）MnO₂和FeS在酸溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫單質(zhì)、硫酸錳、硫酸鐵和水，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書(shū)寫(xiě)離子方程式；
（2）代替二氧化錳氧化亞鐵離子不能引入難易除去的雜質(zhì)；
（3）加入化合物C后可得純凈的ZnSO₄，MnSO₄溶液，C可以是鋅錳的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽，目的是調(diào)節(jié)溶液PH除去鐵離子，得到溶液，通過(guò)電解ZnSO₄、MnSO₄溶液得到鋅、二氧化錳和D為硫酸；
（4）電解過(guò)程中MnO₂應(yīng)在陽(yáng)極生成，因Mn元素失去電子；
（5）①將制得的MnO₂（s）與KOH（s），KClO₃（s）按比例混合，加熱熔融（不斷攪拌）可得KCl和K₂MnO₄的固體混合物，結(jié)合氧化還原反應(yīng)電子守恒和原子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式得到物質(zhì)的量之比；
②向綠色溶液中通入適量CO₂后，將溶液加熱，并趁熱濾去殘?jiān)�含MnO₂（s）將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得紫色KMnO₄晶體 生成產(chǎn)物為二氧化錳、高錳酸鉀和碳酸鉀；
③二氧化碳過(guò)量會(huì)生成溶解度小的碳酸氫鉀隨高錳酸鉀晶體析出混入雜質(zhì)．

解答 解：軟錳礦：MnO₂含量≥65%；Al₂O₃含量為4%．閃鋅礦：ZnS含量≥80%；FeS、CuS、CdS含量各為2%，軟錳礦、閃鋅礦與硫酸溶液共熱時(shí)可析出硫，濾液A為硫酸鐵、硫酸錳、硫酸鋁、硫酸銅、硫酸鎘的水溶液，加入適量金屬鋅，鋅和鐵離子反應(yīng)生成鋅離子和亞鐵離子，鋅和銅離子反應(yīng)生成銅和鋅離子，濾液B中含金屬離子：Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，過(guò)濾得到濾渣為銅、鎘，濾液B中加入二氧化錳氧化亞鐵離子為鐵離子，加入化合物C后可得純凈的ZnSO₄、MnSO₄溶液，C可以是ZnO或Zn（OH）₂，Mn（OH）₂或MnCO₃，電解ZnSO₄、MnSO₄溶液得到鋅、二氧化錳和D為硫酸，
（1）MnO₂和FeS在酸溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫單質(zhì)、硫酸錳、硫酸鐵和水，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書(shū)寫(xiě)離子方程式為：3MnO₂+2FeS+12H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe³⁺+3Mn²⁺+2S+6H₂O，
故答案為：3MnO₂+2FeS+12H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe³⁺+3Mn²⁺+2S+6H₂O；
（2）代替二氧化錳氧化亞鐵離子不能引入難易除去的雜質(zhì)，
A．KMnO₄固體會(huì)氧化亞鐵離子，但會(huì)引入鉀離子，故A不符合；
B．H₂O₂ 可以氧化亞鐵離子，且不引入新的雜質(zhì)，故B符合；
C．濃硝酸會(huì)氧化亞鐵離子，但會(huì)引入硝酸根離子，故C不符合；
D．濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，不因人員新的雜質(zhì)，故D符合
E．新制氯水可以氧化亞鐵離子，但會(huì)引入氯離子，故D不符合；
故答案為：BD；
（3）加入化合物X后可得純凈的ZnSO₄、MnSO₄溶液，X可以是ZnO或Zn（OH）₂，Mn（OH）₂，MnCO₃或ZnCO₃，硫酸根離子不變，且生成氫離子，可知產(chǎn)品D的化學(xué)式為H₂SO₄，該物質(zhì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的意義是用于溶解軟錳礦和閃鋅礦，循環(huán)使用，
故答案為：MnCO₃或ZnCO₃；H₂SO₄；
（4）因Mn元素失去電子，可知步驟④中電解過(guò)程中MnO₂在陽(yáng)極析出，該電極上發(fā)生的反應(yīng)方程式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
（5）①將制得的MnO₂（s）與KOH（s），KClO₃（s）按比例混合，加熱熔融（不斷攪拌）可得KCl和K₂MnO₄的固體混合物，錳元素化合價(jià)+4價(jià)變化為+6價(jià)，電子轉(zhuǎn)移2e^-，
氯元素化合價(jià)+5價(jià)變化為-1價(jià)，電子轉(zhuǎn)移6e^-，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)為6e^-，配平的化學(xué)方程式為：3MnO₂（s）+6KOH（s）+KClO₃（s）=KCl+3K₂MnO₄+3H₂O，為了使MnO₂，KOH，KC1O₃恰好完全反應(yīng)，三者的物質(zhì)的量之比應(yīng)為3：6：1，
故答案為：3：6：1；
②向綠色溶液中通入適量CO₂后，將溶液加熱，并趁熱濾去殘?jiān)�含MnO₂（s）將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得紫色KMnO₄晶體 生成產(chǎn)物為二氧化錳、高錳酸鉀和碳酸鉀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO₂+3K₂MnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂CO₃，
故答案為：2CO₂+3K₂MnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂CO₃；
③二氧化碳過(guò)量會(huì)生成溶解度小的碳酸氫鉀隨高錳酸鉀晶體析出混入雜質(zhì)，③Ⅲ中需控制CO₂的用量，若CO₂過(guò)量，會(huì)使所得產(chǎn)品的純度降低，原因可能是通入過(guò)量CO₂會(huì)生成溶解度小的KHCO₃，隨KMnO₄晶體一起析出，
故答案為：通入過(guò)量CO₂會(huì)生成溶解度小的KHCO₃，隨KMnO₄晶體一起析出．

點(diǎn)評(píng) 本題考了物質(zhì)分離提純的實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析，主要是離子性質(zhì)、離子分離、離子檢驗(yàn)、電解池原理和電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．