Question

5．某化工厂尝试用软锰矿、闪锌矿（含有Fe、Cu、Al等元素杂质）联合制备工业产品MnO₂和Zn．（已知：软锰矿的主要成分为MnO₂，闪锌矿主要成分为ZnS．）

（1）原料需加工成矿粉的原因是增大反应接触面积，加快反应速率．
（2）已知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，请写出原料矿粉加稀硫酸后所发生的主要反应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）酸性溶液（Ⅱ）中加入适量MnO₂的作用是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；酸性溶液（Ⅲ）中所加的碳酸盐可选用②③（填序号）．
①Na₂CO₃   ②MnCO₃    ③ZnCO₃   ④CaCO₃
（5）电解溶液Ⅳ后阳极产物为MnO₂，若电解过程转移1mol电子，则理论上阴极产物的质量为32.5g．

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．以此解答该题．

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）因增大反应接触面积，加快反应速率，则原料需加工成矿粉，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⁺，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，但不能引入新杂质，可用MnCO₃、ZnCO₃等，
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺； ②③；
（5）阳极发生氧化反应，Mn元素被氧化，阳极产物为MnO₂，阴极析出Zn，若电解过程转移1mol电子，则析出0.5molZn，质量为32.5g，
故答案为：MnO₂；32.5．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及难溶物的溶解平衡、离子检验、氧化还原反应等知识点，侧重考查基本原理，明确流程图中发生的反应及基本操作、物质的性质，题目难度中等．