Question

某工厂用软锰矿（含MnO₂约70%及Al₂O₃）和闪锌矿（含ZnS约80%及FeS），共同生产MnO₂和Zn（干电池原料）．已知：
①A是MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃的混合液．
②IV中的电解反应式为MnSO₄+ZnSO₄+2H₂O

电解  .

MnO₂+Zn+2H₂SO₄．

（1）A中属于还原产物的是

 

．
（2）MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃的作用是

 

；Ⅱ需要加热的原因是

 

；C的化学式是

 

．
（3）Ⅲ中发生的离子方程式为

 

，

 

；
（4）如果不考虑生产中的损耗，除矿石外，需购买的化工原料是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：分析流程软锰矿（含MnO₂约70%及Al₂O₃）和闪锌矿（含ZnS约80%及FeS）加入硫酸酸溶，加热酸浸过滤得到A为A是MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃的酸性混合液，加热过滤回收Fe₂O₃，Al₂O₃，加入碳酸钠沉淀锰离子和锌离子，得到滤液电解得到 二氧化锰、锌和硫酸钠；
（1）比较信息①A与软锰矿中元素化合价的变化可知，A中还原产物为MnSO₄．
（2）由工艺流程可知，A中加入MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃，A中的Fe³⁺、Al³⁺，经过一系列操作转化为氧化铁、氧化铝．Fe³⁺、Al³⁺沉淀时容易形成胶体，不利于氢氧化铁、氢氧化铝沉降．操作Ⅰ加热、浸取需要硫酸，由②可知C为硫酸，循环利用．
（3）由流程可知，加入碳酸钠，反应生成MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃，据此写出反应方程式；
（4）除矿石外，需加入的物质，就是要购买的化工原料．

解答： 解：（1）比较信息①A与软锰矿中元素化合价的变化可知，Mn元素化合价由+4价降低为+2价，所以A中还原产物为MnSO₄；
故答案为：MnSO₄；
（2）根据框图：向MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃的混合液中加入MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃后可以获得氧化铁和氧化铝，所以加入MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃的作用就是调节pH，使Fe³⁺、Al³⁺沉淀完全，在加热的环境下，金属阳离子的水解更彻底，更易形成沉淀而分离，根据IV中的电解反应式为：MnSO₄+ZnSO₄+2H₂O═MnO₂+Zn+2H₂SO₄，可知C为硫酸，
故答案为：增大溶液的PH，使Fe³⁺和Al³⁺均生成沉淀；促进Fe³⁺和Al³⁺的水解；H₂SO₄；
（3）由流程可知，B中含Mn²⁺、Zn²⁺，加入碳酸钠，反应生成MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃，反应方程式为：Mn²⁺+CO₃^2-=MnCO₃↓； 2Zn²⁺+2CO₃^2-+H₂O=Zn₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑；故答案为：Mn²⁺+CO₃^2-=MnCO₃↓； 2Zn²⁺+2CO₃^2-+H₂O=Zn₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑；
（4）根据流程图可知，需要加入碳酸钠、硫酸，所以除矿石外，需购买的化工原料是碳酸钠、硫酸．
故答案为：纯碱、硫酸．

点评：本实验的目的是制备二氧化锰与锌，因而需要把氧化铝、铁元素、硫元素除去．据此考查学生对工艺流程的理解、物质性质、氧化还原反应、分离提纯基本操作，难度中等，关键是掌握整个制备流程原理，要求学生要有扎实的基础知识和灵活应用知识解决问题的能力．