Question

13．某化工厂用软锰矿（含MnO₂及少量Al₂O₃）和闪锌矿（含ZnS及少量FeS）联合生产Zn、MnO₂，其部分生产流程如下：

已知：过滤（Ⅱ）所得滤液是MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃的混合液．相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L^-1计算）如下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Zn（OH）2	Mn（OH）2
开始沉淀时的pH	2.7	4.0	6.4	7.7
完全沉淀时的pH	3.7	5.2	8.0	10.4

（1）加热、浸取时所加矿石均需粉碎，其目的是加快反应（浸取）速率．
（2）写出FeS和MnO₂和稀硫酸反应的离子方程式：2FeS+3MnO₂+12H⁺=2Fe³⁺+2S↓+3Mn²⁺+6H₂O．
（3）试剂X的作用是调节溶液的pH以生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃．pH调节的范围是5.2～6.4，试剂X可以选用AC（填选项字母）．
A．MnCO₃ B．Na₂CO₃ C．Zn₂（OH）₂CO₃ D．NH₃•H₂O
（4）电解（Ⅴ）中阳极的电极反应式为Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺．
（5）Zn和MnO₂是制作电池的原料．某锌-锰碱性电池以KOH溶液为电解质溶液，其电池总反应式为：Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）=Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s）．该电池的正极的电极反应式为2MnO₂（s）+H₂O（l）+2e^-=Mn₂O₃（s）+2OH^-．

Answer 1

分析 用软锰矿（含MnO₂及少量Al₂O₃）和闪锌矿（含ZnS及少量FeS）联合生产Zn、MnO₂，加入稀硫酸加热、浸取，过滤（Ⅱ）所得滤液是MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃的混合液，滤渣为S，加入试剂X加热，其作用是调节溶液的pH以生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃．pH调节的范围是5.2～6.4，过滤得到滤液含MnSO₄、ZnSO₄，加入硫酸后电解得到锌和二氧化锰，
（1）矿石粉碎可以增大固体与溶液的接触面积；
（2）FeS和MnO₂和稀硫酸反应生成硫单质，硫酸锰、硫酸铁和水，
（3）试剂X的作用是调节溶液的pH以生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃．结合图表数据分析，选择溶液PH能使铁离子、铝离子全部沉淀，锰离子不沉淀，加入试剂不能引入新的杂质；
（4）电解（Ⅴ）中是电解硫酸锰溶液，阳极上是锰离子失电子生成二氧化锰发生氧化反应；
（5）根据电极反应式Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）=Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s），可知电池工作时，负极材料是Zn，发生氧化反应生成Zn（OH）₂，正极材料为MnO₂，发生还原反应，以此解答该题；

解答 解：（1）加热、浸取时所加矿石均需粉碎，其目的是：加快反应（浸取）速率，
故答案：加快反应（浸取）速率；
（2）FeS和MnO₂和稀硫酸反应的离子方程式：2FeS+3MnO₂+12H⁺=2Fe³⁺+2S↓+3Mn²⁺+6H₂O，
故答案为：2FeS+3MnO₂+12H⁺=2Fe³⁺+2S↓+3Mn²⁺+6H₂O；
（3）试剂X的作用是调节溶液的pH以生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃．结合图表数据分析，选择溶液PH能使铁离子、铝离子全部沉淀，锰离子不沉淀，图表中离子开始菜单和菜单完全的溶液PH得到，pH调节的范围是：5.2～6.4，加入试剂不能引入新的杂质，试剂X可以选择，
A．MnCO₃ 和酸反应且不引入新的杂质，故A正确；
B．Na₂CO₃ 和酸反应但会引入新的杂质钠离子，故B错误；
C．Zn₂（OH）₂CO₃ 和酸反应，不引入新的杂质，故C正确；
D．NH₃•H₂O和酸反应，但会引入新的杂质铵根离子，故D错误；
故答案为：5.2～6.4；AC；
（4）电解ZnSO₄、MnSO₄溶液，根据溶液中离子的放电顺序，阳极反应：Mn²⁺-2e^-+2H₂O═MnO₂+4H⁺，Fe作阴极，阴极反应：Zn²⁺+2e^-═Zn，
故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
（5）根据电极反应式Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）=Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s），可知电池工作时，负极材料是Zn，发生氧化反应生成Zn（OH）₂，电极反应式为Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，正极材料为MnO₂，发生还原反应，电极反应式为2MnO₂（s）+H₂O（l）+2e^-=Mn₂O₃（s）+2OH^-，电子从负极沿导线流向正极，
故答案为：2MnO₂（s）+H₂O（l）+2e^-=Mn₂O₃（s）+2OH^-．

点评 本题是一道综合性题目，考查的知识点较广泛，要注意知识点之间的联系，分析问题要细致，考虑问题要全面，绝不能断章取义，否则就容易出错，题目难度中等．