Question

16．某地有软锰矿和闪锌矿两座矿山，它们的组成（质量分数）如表：

软锰矿	闪锌矿
MnO2约70%，SiO2约20%，Al2O3约4%，其余为水分	ZnS约80%，FeS、CuS、SiO2共约7%，其余为水分

科研人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺，工艺流程如图1所示．

（1）流程Ⅰ所得滤液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，则流程Ⅰ中被氧化的物质有FeS、CuS种．
（2）流程Ⅱ中反应的离子方程式为Zn+Fe³⁺=Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺．
（3）氢氧化物开始沉淀的pH如表：

氢氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2
开始沉淀pH	1.5	3.3	7.6

流程Ⅲ中MnO₂的作用是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，不直接生成Fe（OH）₂沉淀的原因是使铁元素能全部沉淀．
（4）如图2是Na₂SO₄和Na₂SO₄•10H₂O的溶解度（g/100g水）曲线，又知MnSO₄和ZnSO₄的溶解度随温度的升高而增大，则流程Ⅳ得到Na₂SO₄固体的操作是：将分离出MnCO₃和ZnCO₃后的滤液升温结晶、趁热过滤、乙醇洗涤、干燥，要“趁热”过滤的原因是防止形成Na₂SO₄•10H₂O．
（5）流程Ⅴ的条件是电解，电解时均用惰性电极，阳极发生的电极反应可表示为Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．
（6）取1.95g锌加入到12.00mL 18.4mol/L的浓硫酸中（反应中只生成一种还原产物），充分反应后，小心地将溶液稀释到1000mL，取出15.00mL，以酚酞为指示剂，用0.25mol/L的NaOH溶液滴定余酸，耗用NaOH溶液的体积为21.70mL．
①反应后溶液中多余的硫酸是0.18 mol．
②通过计算确定浓硫酸被还原的产物是S．

Answer 1

分析 依据流程图分析可知，流程Ⅰ中软锰矿和闪锌矿在硫酸溶液发生反应生成二氧化硫气体，过滤得沉淀硫，及滤液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，流程Ⅱ中加入锌，将铁离子还原成亚铁离子，铜离子被还原成铜单质，流程Ⅲ中，加入MnO₂将亚铁离子氧化成铁离子同时消耗酸而得到氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，滤液中含有硫酸锰和硫酸锌，流程Ⅳ为滤液中加入碳酸钠得碳酸锰、碳酸锌可循环利用，滤液为硫酸钠溶液，流程Ⅴ为电解硫酸锰和硫酸锌混合溶液可得二氧化锰和锌，据此答题；
（6）①根据硫酸和氢氧化钠之间的中和反应来确定剩余的硫酸的物质的量；
②根据电子守恒和化合价变化之间的关系来计算．

解答 解：（1）流程Ⅰ中软锰矿和闪锌矿在硫酸溶液发生反应生成二氧化硫气体，过滤得沉淀硫，及滤液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，其中FeS、CuS中硫元素及铁元素化合价都升高，所以被氧化的物质为，
故答案为：FeS、CuS；
（2）流程Ⅱ中加入锌，将铁离子还原成亚铁离子，铜离子被还原成铜单质，反应的离子方程式为Zn+Fe³⁺=Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，
故答案为：Zn+Fe³⁺=Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺；
（3）图表数据可知，亚铁离子沉淀完全的pH为7.6，而铁离子沉淀完全的pH为1.5，所以要将亚铁离子氧化成铁离子，使铁元素能全部沉淀，
故答案为：使铁元素能全部沉淀；
（4）图象分析可知温度高时析出硫酸钠，温度低时析出硫酸钠结晶水合物晶体，所以需要趁热过滤；洗涤晶体时用乙醇洗涤避免形成结晶水合物，
故答案为：乙醇洗涤；防止形成 Na₂SO₄•10H₂O；
（5）流程图中得到产物为二氧化锰和锌分析，得到锌是锌离子在阴极得到电子析出；二氧化锰是在阳极锰离子失电子生成，电极反应为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
故答案为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
（6）①硫酸和氢氧化钠之间中和的实质是：H⁺+OH^-=H₂O，用0.25mol/L的NaOH溶液中和余酸，耗用NaOH溶液的体积为21.70mL，这些氢氧化钠中和掉的硫酸的物质的量0.25mol/L×0.0217L×$\frac{1}{2}$=0.0027mol，剩余硫酸的物质的量0.0027mol×$\frac{1000}{15}$≈0.18mol，
故答案为：0.18；
②取1.95g锌加入到12.00mL18.4mol/L的浓硫酸中（反应中只生成一种还原产物），消耗的硫酸的物质的量是0.012L×18.4mol/L-0.18mol=0.0408mol．设硫酸的还原产物中，硫元素的化合价是n，金属锌的物质的量是：$\frac{1.95g}{65g/mol}$=0.03mol，生成硫酸锌的物质的量是0.03mol，所以0.03mol的硫酸显示酸性，根据电子守恒：$\frac{1.95g}{65g/mol}$×（2-0）=（0.0408mol-0.03mol）×（6-n），解得n=0，所以浓硫酸被还原的产物是硫单质，
故答案为：S．

点评 本题考查了物质制备实验的分析判断、物质溶解性的理解应用、电解原理的应用、实验基本操作、化学计算等，题目难度较大，答题时注意元素守恒、极限反应的灵活应用．