Question

10．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、Al₂O₃等物質(zhì)）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(xué)方程式：
□MnO₂+□FeS+□H₂SO₄---□MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+□S+□H₂O
（2）將所得含有Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Zn²⁺的酸性溶液按如圖甲的工業(yè)流程進行操作處理得溶液（IV），電解溶液（IV）即得MnO₂和Zn．

a、操作①中加Zn粉后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu； Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺．
b、操作②中加入適量X的作用是什么將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；X的首選物的化學(xué)式是：MnO₂．
c、操作③中所加碳酸鹽的化學(xué)式是MnCO₃或ZnCO₃ 或MnCO₃和ZnCO₃．
（3）為了從上述流程中產(chǎn)生的Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀混合物中回收Al（OH）₃，工廠設(shè)計了如圖乙的有關(guān)流程圖．
a、AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液反應(yīng)生成AI（OH）₃的離子方程式為Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓．
若總共得到n molAl（OH）₃，則消耗的NaOH和HCl的理論量（mol）分別為$\frac{3n}{4}$、$\frac{3n}{4}$．
b、若使用如圖丙流程回收處理，請比較兩個流程消耗酸堿的用量？如按丙流程，則得到同樣n molAl（OH）₃，消耗的NaOH、HCl的理論量分別為n mol，大于前流程的消耗量，相對而言，前流程更符合節(jié)約的原則．

Answer 1

分析 甲：以軟錳礦、閃鋅礦（除主要成分為MnO₂、ZnS外還含有少量的FeS、CuS、Al₂O₃等物質(zhì)）為原料制取Zn和MnO₂，將所得含有Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Zn²⁺的酸性溶液加入適量的鋅粉過濾得到酸性溶液Ⅱ中鋅離子、亞鐵離子、鋁離子、錳離子等，加入適量試劑X為MnO₂氧化亞鐵離子為鐵離子，得到酸性溶液Ⅲ，加入MnCO₃或ZnCO₃ 或MnCO₃和ZnCO₃調(diào)節(jié)溶液PH沉淀鐵離子和鋁離子，得溶液（IV），電解溶液（IV）即得MnO₂和Zn，
乙：鋁粉和適量鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁溶液，氫氧化鐵和氫氧化鋁加入適量氫氧化鈉溶液過濾得到偏鋁酸鈉溶液，和氯化鋁溶液混合生成氫氧化鋁沉淀，
丙：氫氧化鋁和氫氧化鐵中加入適量氫氧化鈉溶液，氫氧化鋁溶解，過濾得到偏鋁酸鈉溶液，在溶液中加入適量鹽酸生成氫氧化鋁沉淀，
（1）配平化學(xué)方程式時，前后原子的種類和個數(shù)不變；
（2）a．鋅可以Cu²⁺和Fe³⁺反應(yīng)；
b．MnO₂可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
c．溶液中不能引入新的雜質(zhì)離子；
（3）a．AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液反應(yīng)生成AI（OH）₃； 由方程式可知生成4molAI（OH）₃需要1molAl³⁺和3molAlO₂^-；
b．如按丙流程，則得到同樣n molAl（OH）₃，消耗的NaOH、HCl的理論量分別為n mol，大于前流程的消耗量，相對而言，前流程更符合節(jié)約的原則；

解答 解：（1）此反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)，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．X是MnO₂，MnO₂可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺； MnO₂；
c．溶液中不能引入新的雜質(zhì)離子，溶液中含有錳離子和鋅離子，可加入MnCO₃或ZnCO₃ 或MnCO₃和ZnCO₃，可調(diào)節(jié)pH值，又不引入新的雜質(zhì)，
故答案為：MnCO₃或ZnCO₃ 或MnCO₃和ZnCO₃；
（3）a．AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液反應(yīng)生成AI（OH）₃的離子方程式為Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；由方程式可知生成4molAI（OH）₃需要1molAl³⁺和3molAlO₂^-，即由鋁單質(zhì)生成1molAl³⁺需要3mol鹽酸和由氫氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成3molAlO₂^-需要3mol氫氧化鈉，即消耗的NaOH和HCl的理論量（mol）都為$\frac{3n}{4}$，
故答案為：Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓； $\frac{3n}{4}$、$\frac{3n}{4}$；
b．如丙流程，則得到同樣n molAl（OH）₃，根據(jù)NaAlO₂+4HCl=NaCl+AlCl₃+2H₂O，生成nmolmolAl（OH）₃消耗的HCl的理論量分別為4n mol，大于前流程的消耗量，
故答案為：如按丙流程，則得到同樣n molAl（OH）₃，消耗的NaOH、HCl的理論量分別為n mol，大于前流程的消耗量，相對而言，前流程更符合節(jié)約的原則．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)制備、反應(yīng)過程和分離提純的方法，是一道綜合題，題目難度中等，掌握鋁三角相關(guān)的方程式是解題的關(guān)鍵．