Question

【題目】某工廠用軟錳礦（主要成分是MnO2，含少量Al2O3和SiO2）和閃鋅礦（主要成分是ZnS，含少量FeS、CuS等雜質）為原料制備MnO2和Zn（干電池原料），其簡化流程如下：

已知：反應Ⅰ中所有金屬元素均以離子形式存在。有關常數：Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33、Ksp[Fe(OH)3]＝3.0×10－39、Ksp[Mn(OH)2]＝2.0×10－13、Ksp[Zn(OH)2]＝1.0×10－17、Ksp(MnCO3)＝2.0×10－11、Ka1(H2CO3)＝4.0×10－7、Ka2(H2CO3)＝5.6×10－11。回答下列問題：

（1）濾渣1中除了SiO2以外，還有一種淡黃色物質，該物質是由MnO2、CuS與硫酸共熱時產生的，請寫出該反應的離子方程式____________________________。

（2）反應Ⅱ中加入適量金屬鋅的目的是為了回收某種金屬，濾渣2的主要成分是___________。

（3）反應Ⅲ中MnO2的作用是_______________________，若反應后溶液中Mn2＋、Zn2＋均為0.1mol·L－1，需調節溶液pH范圍為_______________（溶液中，當一種離子的濃度小于10－6mol/L時可認為已不存在），X可以是_________。（填字母代號）

a．MgO b．Zn(OH)2 c．Cu2(OH)2CO3 d．MnCO3

（4）反應Ⅳ中電極均是惰性電極，寫出陽極電極反應式________________________。本工藝可以循環利用的物質有MnO2、Zn和_________。

（5）MnCO3有多種用途。廢水處理領域中常用NH4HCO3溶液將Mn2+轉化為MnCO3，該反應的離子方程式為______。試通過題述有關數據簡要計算說明該反應能進行的原因：____________________________。

Answer 1

【答案】CuS＋MnO2＋4H＋Cu2＋＋Mn2＋＋S↓＋2H2OCu將Fe2+氧化為Fe3+5.0<pH<6.0（或5～6）bdMn2＋2e＋2H2O＝MnO2＋4H＋H2SO4Mn2＋＋2HCO3—＝ MnCO3↓＋CO2↑＋H2O由于K＝7.0×106>105，所以該反應能進行

【解析】

(1) 軟錳礦(主要成分是MnO2，含少量Al2O3和SiO2)和閃鋅礦(主要成分是ZnS，含少量FeS、CuS等雜質)中加入硫酸，只有二氧化硅不能被硫酸溶解，因此濾渣1中含有SiO2，由于MnO2具有強氧化性，能夠在酸性溶液中將CuS氧化生成硫，反應的離子方程式為CuS＋MnO2＋4H＋Cu2＋＋Mn2＋＋S↓＋2H2O，故答案為：CuS＋MnO2＋4H＋Cu2＋＋Mn2＋＋S↓＋2H2O；

(2)反應Ⅱ中加入適量金屬鋅的目的是為了回收某種金屬，是因為鋅能夠將銅從溶液中置換出來，因此濾渣2的主要成分是Cu，故答案為：Cu；

(3) MnO2具有強氧化性，反應Ⅲ中MnO2能夠將Fe2+氧化為Fe3+，若反應后溶液中Mn2＋、Zn2＋均為0.1mol·L－1，根據流程圖，此過程中需要除去鐵離子和鋁離子，不能沉淀Mn2＋、Zn2＋。根據Ksp[Mn(OH)2]＝2.0×10－13、Ksp[Zn(OH)2]＝1.0×10－17，則需調節溶液中的c(OH-)分別小于==×10－6 mol·L－1、==1.0×10－8 mol·L－1，則c(OH-)＜1.0×10－8 mol·L－1，即pH＜6，根據Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33、Ksp[Fe(OH)3]＝3.0×10－39，則需調節溶液中的c(OH-)分別大于==1.0×10－9 mol·L－1、==×10－11mol·L－1，則c(OH-)＞1.0×10－9 mol·L－1，即pH＞5，因此pH范圍為5.0<pH<6.0，為了不引入雜質，X可以是Zn(OH)2和MnCO3，故答案為：將Fe2+氧化為Fe3+；5.0<pH<6.0(或5～6)；bd；

(4)反應Ⅳ中電極均是惰性電極，電解硫酸錳和硫酸鋅的混合溶液，根據流程圖，電解生了二氧化錳和鋅，則陽極電極反應式為Mn2＋2e＋2H2O＝MnO2＋4H＋。本工藝可以循環利用的物質有MnO2、Zn和硫酸，故答案為：Mn2＋2e＋2H2O＝MnO2＋4H＋；H2SO4；

(5)廢水處理領域中常用NH4HCO3溶液將Mn2+轉化為MnCO3，反應的離子方程式為Mn2＋＋2HCO3—＝ MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，該反應的平衡常數K====7.0×106>105，所以該反應能進行，故答案為：Mn2＋＋2HCO3—＝ MnCO3↓＋CO2↑＋H2O；由于K＝7.0×106>105，所以該反應能進行。