Question

20．某工廠用軟錳礦（含MnO₂約70%及Al₂O₃）和閃鋅礦（含ZnS約80%及FeS）共同生產(chǎn)MnO₂，和Zn（干電池原料）．流程如下：


已知：①A是MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃，Al₂（SO₄）₃的混合液．
②IV中的電解反應(yīng)式為MnSO₄+ZnSO₄+2H₂O $\stackrel{電解}{→}$MnO₂+Zn+2H₂SO₄．
（1）A中屬于還原產(chǎn)物的是MnSO₄．
（2）加入MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe³⁺和Al³⁺生成沉淀：C的化學(xué)式是H₂SO₄．
（3）該生產(chǎn)中除得到Na₂SO₄、S等副產(chǎn)品外，還可得到的副產(chǎn)品是硫、氧化鐵、氧化鋁．
（4）副產(chǎn)品S可用于制硫酸，轉(zhuǎn)化過程是：S→SO₂→SO₃→H₂SO₄．寫出第二步轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式O₂+2SO₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃．
（5）要從Na₂SO₄溶液中得到芒硝（ Na₂SO₄•10H₂O），需進(jìn)行的操作有蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等．
（6）從生產(chǎn)MnO₂和Zn的角度計(jì)算，軟錳礦和閃鋅礦投料的質(zhì)量比大約是1.03：1．

Answer 1

分析 分析流程軟錳礦（含MnO₂約70%及Al₂O₃）和閃鋅礦（含ZnS約80%及FeS）加入硫酸酸溶，加熱酸浸過濾得到A為MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃的酸性混合液，加熱過濾回收Fe₂O₃，Al₂O₃，加入碳酸鈉沉淀錳離子和鋅離子，得到濾液電解得到 二氧化錳、鋅和硫酸鈉，
（1）比較信息①A與軟錳礦中元素化合價(jià)的變化可知，A中還原產(chǎn)物為MnSO₄；
（2）由工藝流程可知，A中加入MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃，A中的Fe³⁺、Al³⁺，經(jīng)過一系列操作轉(zhuǎn)化為氧化鐵、氧化鋁；操作Ⅰ加熱、浸取需要硫酸，由②可知C為硫酸，循環(huán)利用；
（3）根據(jù)流程圖不難得出副產(chǎn)物有硫、氧化鐵、氧化鋁；
（4）制硫酸工業(yè)中的第二步是用SO₂催化氧化生成SO₃；
（5）從溶液中獲得固體物質(zhì)，需蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
（6）設(shè)軟錳礦、閃鋅礦的質(zhì)量分別為x、y，根據(jù)②可知MnO₂、Zn的物質(zhì)的量之比為1：1，據(jù)此列放出計(jì)算x：y的值．

解答 解：分析流程軟錳礦（含MnO₂約70%及Al₂O₃）和閃鋅礦（含ZnS約80%及FeS）加入硫酸酸溶，加熱酸浸過濾得到A為MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃的酸性混合液，加熱過濾回收Fe₂O₃，Al₂O₃，加入碳酸鈉沉淀錳離子和鋅離子，得到濾液電解得到 二氧化錳、鋅和硫酸鈉，
（1）比較信息①A與軟錳礦中元素化合價(jià)的變化可知，Mn元素化合價(jià)由+4價(jià)降低為+2價(jià)，所以A中還原產(chǎn)物為MnSO₄，
故答案為：MnSO₄；
（2）由工藝流程可知，MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃的作用就是調(diào)節(jié)pH，使Fe³⁺、Al³⁺沉淀完全，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺沉淀容易形成膠體，不利于氫氧化鐵、氫氧化鋁沉降，Ⅱ操作Ⅰ加熱、浸取需要硫酸，由②可知C為硫酸，循環(huán)利用，
故答案為：調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe³⁺和 Al³⁺生成沉淀；H₂SO₄；
（3）根據(jù)流程圖可知，副產(chǎn)物有硫、氧化鐵、氧化鋁，
故答案為：硫、氧化鐵、氧化鋁；
（4）制硫酸工業(yè)中的第二步是用SO₂催化氧化生成SO₃，反應(yīng)方程式為O₂+2SO₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃，
故答案為：O₂+2SO₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃；
（5）從溶液中獲得固體物質(zhì)，需蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，
故答案為：冷卻結(jié)晶；
（6）設(shè)軟錳礦、閃鋅礦的質(zhì)量分別為xg、yg，根據(jù)②可知MnO₂、Zn的物質(zhì)的量之比為1：1，則：$\frac{0.7xg}{87g/mol}$：$\frac{0.8yg}{97g/mol}$=1：1，解得x：y=1.03：1，
故答案為：1.03：1．

點(diǎn)評(píng) 本實(shí)驗(yàn)的目的是制備二氧化錳與鋅，因而需要把氧化鋁、鐵元素、硫元素除去．據(jù)此考查學(xué)生對(duì)工藝流程的理解、物質(zhì)性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)、分離提純基本操作、化學(xué)計(jì)算等，難度中等，關(guān)鍵是掌握整個(gè)制備流程原理，要求學(xué)生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和靈活應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力．