Question

12．某化工厂以软锰矿、闪锌矿（主要成分为MnO₂、ZnS，还含有少量的FeS、CuS、Al₂O₃等物质）为原料制取Zn和MnO₂．
（1）在一定条件下，将这两种矿粉在硫酸溶液中相互作用，可得到含有Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Zn²⁺的酸性溶液，其中发生的主要反应之一如下，请配平此反应方程式：3MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=3MnSO₄+1Fe₂（SO₄）₃+2S+6H₂O
（2）将所得溶液按以下的工业流程（如图I）进行操作处理得溶液（IV），电解溶液（IV）即得MnO₂和Zn．

a．操作①中加Zn粉后发生反应的离子方程式为Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺；
b．操作②中加入适量X的作用是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
c．工业上用惰性电极电解溶液（IV）获得产品，请写出电解过程中的阳极反应式Mn²⁺-2e^-+2H₂O=Mn+4H⁺；
（3）为了从上述流程中产生的Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀混合物中回收Al（OH）₃，工厂设计了如下的有关流程如图（Ⅱ）．
a．AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液反应生成AI（OH）₃的离子方程式为Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；
b．若得到n molAl（OH）₃，则理论上消耗的NaOH和HCl的物质的量分别为$\frac{3n}{4}$mol、$\frac{3n}{4}$mol．

Answer 1

分析 （1）反应中锰元素化合价从+4价降为+2价，硫化亚铁中二价铁化合价升高为三价铁离子，-2价的硫化合价升高为单质硫中的0价，依据氧化还原反应得失电子守恒配平方程式；
（2）a．锌可以Cu²⁺和Fe³⁺反应；
b．MnO₂可将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
c．溶液（IV）为氯化锌、氯化锰溶液，用惰性电极电解，阳极二价锰离子失去电子发生氧化反应，结合水生成氧化锰；
（3）a．AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液发生双水解反应反应生成AI（OH）₃； 
b．由方程式可知生成4molAI（OH）₃需要1molAl³⁺和3molAlO₂^-；

解答 解：（1）反应中锰元素化合价从+4价降为+2价，硫化亚铁中二价铁化合价升高为三价铁离子，-2价的硫化合价升高为单质硫中的0价，要使反应中得失电子守恒，则二氧化锰系数为3，硫化亚铁系数为2，依据原子个数守恒可知反应方程式为：3MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=3MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2S↓+6H₂O；
故答案为：3，2，6，3，1，2，6；
（2）a．锌可以Cu²⁺和Fe³⁺反应，方程式为：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu； Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺，
故答案为：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu； Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺；  
b．X是MnO₂，MnO₂可将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于通过调节pH值除去三价铁离子；
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺； 
c．溶液（IV）为氯化锌、氯化锰溶液，用惰性电极电解，阳极二价锰离子失去电子发生氧化反应，结合水生成氧化锰，电解反应式为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=Mn+4H⁺；
故答案为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=Mn+4H⁺；
（3）a．AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液发生双水解反应反应生成AI（OH）₃，离子方程式：Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；
故答案为：Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；
b．由方程式Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；可知生成4molAl（OH）₃需要1molAl³⁺和3molAlO₂^-，即由铝单质生成1molAl³⁺需要3mol盐酸和由氢氧化铝与氢氧化钠反应生成3molAlO₂^-需要3mol氢氧化钠，即消耗的NaOH和HCl的理论量（mol）都为$\frac{3n}{4}$mol，
故答案为：$\frac{3n}{4}$mol；$\frac{3n}{4}$mol；

点评 本题为综合题，考查了氧化还原反应方程式的配平，物质的分离和提纯，明确氧化还原反应规律，准确把握离子方程式书写方法是解题关键，题目难度中等．