Question

15．已知软锰矿的主要成分是MnO₂，闪锌矿的主要成分为ZnS．现用软锰矿、闪锌矿（含有Fe、Cu、Al等元素杂质）联合制备工业产品MnO₂和Zn．

（1）将原料加工成矿粉的目的是增大反应接触面积，加快反应速率
（2）MnO₂在酸性条件下能氧化金属硫化物生成硫单质，请写出原料矿粉加稀硫酸后发生的主要化学反应方程式MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O
（3）酸浸液（Ⅰ）中含有的金属阳离子有Mn²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Al³⁺
（4）酸浸液（Ⅱ）中加入适量MnO₂的作用是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；要检验该离子是否完全转化，正确的操作是：取少量待测液于洁净试管中，滴加铁氰化钾溶液，若有特征蓝色沉淀生成，则溶液中含有Fe²⁺，转化不完全
（5）电解后产品中的MnO₂是氧化产物（填“氧化产物”、“还原产物”），若产生的锌为32.5克，则转移电子的数目为N_A．

Answer 1

分析 矿粉中加入稀硫酸酸浸，含有的金属阳离子有Mn²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Al³⁺等，加入适量锌粉，锌可置换出铜，沉淀物中含有铜等，酸性溶液Ⅱ中加入适量的二氧化锰，可将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入碳酸盐调节溶液的pH，可促进铁离子、铝离子的水解，可生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，溶液Ⅳ中含有Mn²⁺、Zn²⁺，电解，可生成MnO₂和Zn，
（1）根据固体接触面积大小对反应速率的影响分析；
（2）二氧化锰有较强的氧化性，在酸性溶液中能氧化金属硫化物生成硫单质，据此书写该反应的化学方程式；
（3）由以上分析可判断酸浸液（Ⅰ）中含有的金属阳离子；
（4）MnO₂能够将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；可用铁氰化钾溶液检验亚铁离子；
（5）根据化合价变化判断二氧化锰是氧化产物还是还原产物；计算出锌的物质的量，然后根据电子守恒计算出转移电子的物质的量及数目．

解答 解：矿粉中加入稀硫酸酸浸，含有的金属阳离子有Mn²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Al³⁺等，加入适量锌粉，锌可置换出铜，沉淀物中含有铜等，酸性溶液Ⅱ中加入适量的二氧化锰，可将将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入碳酸盐调节溶液的pH，可促进铁离子、铝离子的水解，可生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，溶液Ⅳ中含有Mn²⁺、Zn²⁺，电解，可生成MnO₂和Zn，
（1）固体接触面积越大反应速率越快，则将原料加工成矿粉的目的是：增大反应接触面积，加快反应速率，
故答案为：增大反应接触面积，加快反应速率；
（2）MnO₂有较强的氧化性，在酸性溶液中能氧化金属硫化物生成硫单质，反应的化学方程式为：MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，
故答案为：MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S+2H₂O；
（3）由以上分析可知矿粉中加入稀硫酸酸浸，含有的金属阳离子有Mn²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Al³⁺等，
故答案为：Cu²⁺；Al³⁺；
（4）MnO₂具有氧化性，酸性溶液（Ⅱ）中加入适量MnO₂的作用是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
检验亚铁离子的方法为：取少量待测液于洁净试管中，滴加铁氰化钾溶液，若有特征蓝色沉淀生成，则溶液中含有Fe²⁺，转化不完全，
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；取少量待测液于洁净试管中，滴加铁氰化钾溶液，若有特征蓝色沉淀生成，则溶液中含有Fe²⁺，转化不完全；
（5）Mn²⁺失去电子被氧化成MnO₂，则电解后产品中的MnO₂是氧化产物；
32.5gZn的物质的量为：$\frac{32.5g}{65g/mol}$=0.5mol，得到0.5mol金属Zn转移电子的物质的量为：0.5mol×2=1mol，则转移电子的数目为N_A，
故答案为：氧化产物；N_A．

点评 本题考查制备方案的设计，题目难度中等，涉及化学反应速率影响、化学方程式书写、氧化还原反应及计算、离子检验等知识，根据制备流程明确实验目的为解答关键，注意掌握物质制备方案的设计原则，试题有利于提高学生的分析能力及化学实验能力．