Question

7．锌是第四“常见”的金属，仅次于铁、铝及铜，在现代工业中对于电池的制造有不可磨灭的贡献，下列是以硫化锌精矿为原料制备单质锌的工业流程．
Ⅰ．（1）浸出液以硫酸锌为主，还含有 Fe³⁺、Fe²⁺、A1³⁺、Cl^-等杂质，会影响锌的电解，必须除去．净化过程如下：
①在酸性条件下，用H₂O₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
②将浸出液的pH调节为5.5左右，使 Fe³⁺、A1³⁺形成沉淀而除去，可选用的最佳试剂为c
（填字母）
A．NaOH          B．NH₃•H₂O        C．Zn（OH）₂D．H₂SO₄
③用Ag₂SO₄可除去Cl^-，发生的离子方程式为Ag₂SO₄+2Cl^-?2AgCl+SO₄^2-．
④电解过程中析出锌一极的电极反应式为Zn²⁺+2e^-=Zn．
Ⅱ．烟气中的SO₂可与软锰矿（主要成分MnO₂，杂质金属元素Fe、Al、Mg等）的悬浊液反应制备MnSO₄•H₂O．
（2）已知：K_sp[Al（OH）₃]=1×10^-33，K_sp[Fe（OH）₃]=3×10?³⁹，pH=7.1时Mn（OH）₂开始沉淀．室温下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺（欲使其浓度小于1×10^-6mol•L^-1），需调节溶液pH范围为5.0＜pH＜7.1．
（3）由图可以看出，从MnSO₄和MgSO₄混合溶液中结晶MnSO₄•H₂O晶体，需控制结晶温度范围为高于60℃．

（4）锌锰碱性电池的总反应式为：Zn+2MnO₂+2H₂O═2MnO（OH）+Zn（OH）₂，正极反应式为：2MnO₂+H₂O+2e^-═Mn₂O₃+2OH^-．

Answer 1

分析 硫化锌精矿焙烧得到ZnO及烟气，烟气中含有二氧化硫，ZnO焙砂用硫酸酸浸，浸出液中含有ZnSO₄等，净化后得到硫酸锌溶液，再电解得到Zn．
（1）①在酸性条件下，用H₂O₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，由电荷守恒，有氢离子参加反应，过氧化氢还原为水；
②选择的试剂能消耗氢离子，且不能引入新杂质；
③溶解平衡分别为：①Ag₂SO₄（s）?2Ag⁺+SO₄^2-，②AgCl（s）?Ag⁺+Cl^-；
④Zn²⁺发生还原反应得到Zn，在阴极析出；
（2）pH=7.1时Mn（OH）₂开始沉淀．室温下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺，结合Al（OH）₃完全变成沉淀时的pH、Fe（OH）₃完全变成沉淀时的pH分析；
（3）从MnSO₄和MgSO₄混合溶液中结晶MnSO₄•H₂O晶体，根据图上信息，高于60℃以后MnSO₄•H₂O的溶解度减小，而MgSO₄•6H₂O的溶解度增大，因此控制结晶温度范围是高于60℃；
（4）二氧化锰作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应．

解答 解：（1）①在酸性条件下，用H₂O₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，由电荷守恒，有氢离子参加反应，过氧化氢还原为水，反应离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②选择的试剂能消耗氢离子，且不能引入新杂质，加入硫酸不能消耗溶液中氢离子，NaOH、NH₃•H₂O、ZnO 均能消耗溶液中氢离子，但NaOH、NH₃•H₂O 会引入杂质离子，故选：C；
③溶解平衡分别为：①Ag₂SO₄（s）?2Ag⁺+SO₄^2-，②AgCl（s）?Ag⁺+Cl^-，①-②×2可得：Ag₂SO₄+2Cl^-?2AgCl+SO₄^2-，
故答案为：Ag₂SO₄+2Cl^-?2AgCl+SO₄^2-；
④Zn²⁺发生还原反应得到Zn，Zn²⁺+2e^-=Zn，
故答案为：Zn²⁺+2e^-=Zn；
（2）pH=7.1时Mn（OH）₂开始沉淀．室温下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺，氢氧化铝完全变成沉淀时的pH：Ksp[Al（OH）₃]=1×10^-33=c（Al³⁺）×c³（OH^-），c（Al³⁺）=1×10^-6mol•L^-1，解得：c（OH^-）=1×10^-9mol•L^-1，c（H⁺）=1×10^-5mol•L^-1pH=5，同理Fe（OH）₃完全变成沉淀时，pH约为3.5，故pH范围是：5.0＜pH＜7.1，
故答案为：5.0＜pH＜7.1；
（3）从MnSO₄和MgSO₄混合溶液中结晶MnSO₄•H₂O晶体，根据图上信息，高于60℃以后MnSO₄•H₂O的溶解度减小，而MgSO₄•6H₂O的溶解度增大，因此控制结晶温度范围是高于60℃这样可以得到纯净的MnSO₄•H₂O，
故答案为：高于60℃；
（4）二氧化锰作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为2MnO₂+H₂O+2e^-═Mn₂O₃+2OH^-．
故答案为：2MnO₂+H₂O+2e^-═Mn₂O₃+2OH^-．

点评 本题考查较综合，涉及原电池电极反应书写、溶度积计算及混合物分离、图象分析等，综合性较强，侧重分析、计算能力的综合考查，题目难度中等．