Question

【题目】MnO2和锌是制造干电池的主要原料．电解法生产MnO2传统的工艺主要流程为：软锰矿加煤还原焙烧；用硫酸浸出焙烧料；浸出液（主要含Mn2+）经净化后再进行电解，MnO2在电解池的阳极析出．90年代后期发明了生产MnO2和锌的新工艺，主要是采用软锰矿（主要成分为MnO2 ， 含少量Al2O3和SiO2杂质）和闪锌矿（主要成分为ZnS，含少量FeS、CuS、CdS杂质）为主要原料，经过除杂后，得到含Zn2+、Mn2+离子的溶液，再通过电解同时获得MnO2和锌．简化流程框图如图（中间产物的固体部分已经略去）：
已知各种金属离子完全沉淀的pH如表：

	Zn2+	Mn2+	Fe2+	Fe3+	Al3+
pH	8.0	10.1	9.0	3.2	4.7

回答下列问题：
（1）步骤①中，软锰矿、闪锌矿粉与硫酸溶液共热时析出硫的反应为氧化还原反应，例如：MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4+ZnSO4+S↓+2H2O，请写出MnO2在酸性溶液中分别和CuS和FeS发生反应的化学方程式：、 ．
（2）步骤②加入金属锌是为了回收金属，回收金属的主要成份为（用化学符号表示）
（3）步骤③物质C由多种物质组成，其中含有两种固体，其中一种为MnO2 ， 其作用是 ， 另外一种固体物质可为 ．
（4）步骤④中电解过程中MnO2在极析出，该电极上发生的反应方程式为产品D的化学式为 ， 该物质对整个生产的意义是 ．

Answer 1

【答案】
（1）MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O；MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2（SO4）3+3MnSO4+2S↓+6H2O
（2）Cu、Cd
（3）将Fe2+氧化为Fe3+；Zn（OH）2
（4）阳；Mn2+﹣2e﹣+2H2O=MnO2+4H+；H2SO4；溶解软锰矿、闪锌矿，可以循环利用
【解析】解：（1）MnO2在酸性溶液中分别和CuS和FeS发生氧化还原反应，Mn元素的化合价降低，S元素的化合价升高，且Fe元素化合价升高，由电子、原子守恒可知，反应分别为MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O、MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2（SO4）3+3MnSO4+2S↓+6H2O，所以答案是：MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O；MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2（SO4）3+3MnSO4+2S↓+6H2O；（2）步骤②加入金属锌发生如下反应：Zn+CuSO4═ZnSO4+Cu，Zn+CdSO4═ZnSO4+Cd，Zn+2Fe3+═Zn2++2Fe2+ ， 过滤得滤液B，其中的成分有MnSO4、Al2（SO4）3、ZnSO4、FeSO4 ， 滤渣乙中有Cu、Cd，加以回收，所以答案是：Cu、Cd；（3）由转化可知，铁离子、铝离子转化为沉淀，其中一种为MnO2 ， 其作用是将Fe2+氧化为Fe3+；另外一种固体物质可为Zn（OH）2（Mn（OH）2、ZnCO3、MnCO3等）促进铁离子水解转化为沉淀，所以答案是：将Fe2+氧化为Fe3+；Zn（OH）2；（4）因Mn元素失去电子，可知步骤④中电解过程中MnO2在阳极析出，该电极上发生的反应方程式为Mn2+﹣2e﹣+2H2O=MnO2+4H+ ， 硫酸根离子不变，且生成氢离子，可知产品D的化学式为H2SO4 ， 该物质对整个生产的意义是用于溶解软锰矿和闪锌矿，循环使用，所以答案是：阳；Mn2+﹣2e﹣+2H2O=MnO2+4H+；H2SO4；用于溶解软锰矿和闪锌矿，循环使用．