Question

10．某化工厂以软锰矿、闪锌矿（除主要成分为MnO₂、ZnS外还含有少量的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，配平如下的化学方程式：
□MnO₂+□FeS+□H₂SO₄---□MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+□S+□H₂O
（2）将所得含有Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Zn²⁺的酸性溶液按如图甲的工业流程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的作用是什么将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；X的首选物的化学式是：MnO₂．
c、操作③中所加碳酸盐的化学式是MnCO₃或ZnCO₃ 或MnCO₃和ZnCO₃．
（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，工厂设计了如图乙的有关流程图．
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↓．
若总共得到n molAl（OH）₃，则消耗的NaOH和HCl的理论量（mol）分别为$\frac{3n}{4}$、$\frac{3n}{4}$．
b、若使用如图丙流程回收处理，请比较两个流程消耗酸碱的用量？如按丙流程，则得到同样n molAl（OH）₃，消耗的NaOH、HCl的理论量分别为n mol，大于前流程的消耗量，相对而言，前流程更符合节约的原则．

Answer 1

分析 甲：以软锰矿、闪锌矿（除主要成分为MnO₂、ZnS外还含有少量的FeS、CuS、Al₂O₃等物质）为原料制取Zn和MnO₂，将所得含有Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Zn²⁺的酸性溶液加入适量的锌粉过滤得到酸性溶液Ⅱ中锌离子、亚铁离子、铝离子、锰离子等，加入适量试剂X为MnO₂氧化亚铁离子为铁离子，得到酸性溶液Ⅲ，加入MnCO₃或ZnCO₃ 或MnCO₃和ZnCO₃调节溶液PH沉淀铁离子和铝离子，得溶液（IV），电解溶液（IV）即得MnO₂和Zn，
乙：铝粉和适量盐酸反应生成氯化铝溶液，氢氧化铁和氢氧化铝加入适量氢氧化钠溶液过滤得到偏铝酸钠溶液，和氯化铝溶液混合生成氢氧化铝沉淀，
丙：氢氧化铝和氢氧化铁中加入适量氢氧化钠溶液，氢氧化铝溶解，过滤得到偏铝酸钠溶液，在溶液中加入适量盐酸生成氢氧化铝沉淀，
（1）配平化学方程式时，前后原子的种类和个数不变；
（2）a．锌可以Cu²⁺和Fe³⁺反应；
b．MnO₂可将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
c．溶液中不能引入新的杂质离子；
（3）a．AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液反应生成AI（OH）₃； 由方程式可知生成4molAI（OH）₃需要1molAl³⁺和3molAlO₂^-；
b．如按丙流程，则得到同样n molAl（OH）₃，消耗的NaOH、HCl的理论量分别为n mol，大于前流程的消耗量，相对而言，前流程更符合节约的原则；

解答 解：（1）此反应的化学方程式为：3MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=3MnSO₄+1Fe₂（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⁺，
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺； MnO₂；
c．溶液中不能引入新的杂质离子，溶液中含有锰离子和锌离子，可加入MnCO₃或ZnCO₃ 或MnCO₃和ZnCO₃，可调节pH值，又不引入新的杂质，
故答案为：MnCO₃或ZnCO₃ 或MnCO₃和ZnCO₃；
（3）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↓；由方程式可知生成4molAI（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$\frac{3n}{4}$，
故答案为：Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓； $\frac{3n}{4}$、$\frac{3n}{4}$；
b．如丙流程，则得到同样n molAl（OH）₃，根据NaAlO₂+4HCl=NaCl+AlCl₃+2H₂O，生成nmolmolAl（OH）₃消耗的HCl的理论量分别为4n mol，大于前流程的消耗量，
故答案为：如按丙流程，则得到同样n molAl（OH）₃，消耗的NaOH、HCl的理论量分别为n mol，大于前流程的消耗量，相对而言，前流程更符合节约的原则．

点评 本题考查了物质性质、物质制备、反应过程和分离提纯的方法，是一道综合题，题目难度中等，掌握铝三角相关的方程式是解题的关键．