Question

【題目】工業上通過電解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%，FeS、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. l000mol.L-1的標準Na2S2O3溶液滴定，消耗標準液50. 00mL，則軟錳礦中MnO2含量_________。（己知：2KI+2 H2SO4+ MnO2=I2+2H2O+MnSO4+K2SO4；I2+2 S2O32-=2I-+ S4O62-)

II．研宄人員開發了綜合利用這兩種資源的同槽酸浸工藝，工藝流程如圖l所示．

請回答下列問題：

（2）反應I的濾液中含有MnSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO4)3、Al2 (SO4)3等，試完成反應I中生成CuSO4和MnSO4的化學方程MnO2+CuS+___________=________+_________+CuSO4+MnSO4．

（3）反應II加入適量鋅的作用是___________；如果鋅過量，還會進一步發生反應的離子方程式為_____________。

（4）圖2是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲線（g/l00g水），則Ⅳ中得到Na2SO4固體的操作是：將分離出MnCO3和ZnCO3后的濾液升溫結晶→___________→用乙醇洗滌→干燥，用乙醇洗滌而不用水洗的原因是__________________________。

(5)用惰性電極電解MnSO4和ZnSO4制得Zn和MnO2的總反應是_______________________。

(6)本工藝可以循環利用的物質除MnO2、MnCO3、ZnCO3以外，還有___________（寫化學式）．

Answer 1

【答案】（1）60%；（2）2H2SO4；S；2H2O；

(3)將溶液中的硫酸銅轉化為銅；Zn+Fe2+=Fe+Zn2+或Zn+Mn2+=Mn+Zn2+；

(4)趁熱過濾，防止Na2SO4固體因溶解而減少，防止Na2SO4固體轉變為Na2SO4·10H2O晶體；

(5)MnSO4+ZnSO4+2H2OZn+MnO2+2H2SO4；(6)Zn

【解析】

試題分析：（1）已知2KI+2 H2SO4+ MnO2=I2+2H2O+MnSO4+K2SO4、I2+2 S2O32-=2I-+ S4O62-，則

MnO2～I2～2S2O32﹣

1 2

n 0.1000molL﹣1×0.050L

解得n＝0.0025mol

1L溶液中含MnO2物質的量＝0．0025mol×1000/25＝0.1mol

則軟錳礦中MnO2含量＝；

（2）依據流程圖分析判斷，反應Ⅰ的濾液中含有MnSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3等，軟錳礦和閃鋅礦中的MnO2，CuS在酸性溶液中發生的氧化還原反應生成生成CuSO4、MnSO4和硫單質，根據原子守恒和電子得失守恒可知反應的化學方程式為：MnO2+CuS+2H2SO4＝S↓+CuSO4+MnSO4+2H2O；

（3）流程分析，反應Ⅰ的濾液中含有MnSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3等，加入鋅反應生成銅，鋅的主要作用是和鐵離子反應生成亞鐵離子，把銅離子轉化為銅除去；鋅過量會繼續反應置換出鐵，反應的離子方程式為：Zn+Fe2+＝Fe+Zn2+或Zn+Mn2+＝Mn+Zn2+；

（4）圖像分析可知溫度高時析出硫酸鈉，溫度低時析出硫酸鈉結晶水合物晶體，所以需要趁熱過濾；洗滌晶體時用乙醇洗滌避免形成結晶水合物；

（5）根據流程圖中得到產物為二氧化錳和鋅可知得到鋅是鋅離子在陰極得到電子析出，電極反應為：Zn2++2e﹣＝Zn；二氧化錳是在陽極錳離子失電子生成，電極反應為：Mn2+﹣2e﹣+2H2O＝MnO2+4H+，所以反應的化學方程式為MnSO4+ZnSO4+2H2OZn+MnO2+2H2SO4；

（6）依據流程圖可知能循環使用的物質為Zn、ZnCO3、MnCO3和MnO2。