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【题目】某工厂用软锰矿(主要成分是MnO2,含少量Al2O3和SiO2)和闪锌矿(主要成分是ZnS,含少量FeS、CuS等杂质)为原料制备MnO2和Zn(干电池原料),其简化流程如下:

已知:反应Ⅰ中所有金属元素均以离子形式存在。有关常数:Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33、Ksp[Fe(OH)3]=3.0×10-39、Ksp[Mn(OH)2]=2.0×10-13、Ksp[Zn(OH)2]=1.0×10-17、Ksp(MnCO3)=2.0×10-11、Ka1(H2CO3)=4.0×10-7、Ka2(H2CO3)=5.6×10-11。回答下列问题:

(1)滤渣1中除了SiO2以外,还有一种淡黄色物质,该物质是由MnO2、CuS与硫酸共热时产生的,请写出该反应的离子方程式____________________________。

(2)反应Ⅱ中加入适量金属锌的目的是为了回收某种金属,滤渣2的主要成分是___________。

(3)反应Ⅲ中MnO2的作用是_______________________,若反应后溶液中Mn2+、Zn2+均为0.1mol·L-1,需调节溶液pH范围为_______________(溶液中,当一种离子的浓度小于10-6mol/L时可认为已不存在),X可以是_________。(填字母代号)

a.MgO b.Zn(OH)2 c.Cu2(OH)2CO3 d.MnCO3

(4)反应Ⅳ中电极均是惰性电极,写出阳极电极反应式________________________。本工艺可以循环利用的物质有MnO2、Zn和_________。

(5)MnCO3有多种用途。废水处理领域中常用NH4HCO3溶液将Mn2+转化为MnCO3,该反应的离子方程式为______。试通过题述有关数据简要计算说明该反应能进行的原因:____________________________。

【答案】CuS+MnO2+4H+Cu2++Mn2++S↓+2H2OCu将Fe2+氧化为Fe3+5.0<pH<6.0(或5~6)bdMn2+2e+2H2O=MnO2+4H+H2SO4Mn2++2HCO3—= MnCO3↓+CO2↑+H2O由于K=7.0×106>105,所以该反应能进行

【解析】

(1) 软锰矿(主要成分是MnO2,含少量Al2O3和SiO2)和闪锌矿(主要成分是ZnS,含少量FeS、CuS等杂质)中加入硫酸,只有二氧化硅不能被硫酸溶解,因此滤渣1中含有SiO2,由于MnO2具有强氧化性,能够在酸性溶液中将CuS氧化生成硫,反应的离子方程式为CuS+MnO2+4H+Cu2++Mn2++S↓+2H2O,故答案为:CuS+MnO2+4H+Cu2++Mn2++S↓+2H2O;

(2)反应Ⅱ中加入适量金属锌的目的是为了回收某种金属,是因为锌能够将铜从溶液中置换出来,因此滤渣2的主要成分是Cu,故答案为:Cu;

(3) MnO2具有强氧化性,反应Ⅲ中MnO2能够将Fe2+氧化为Fe3+,若反应后溶液中Mn2+、Zn2+均为0.1mol·L-1,根据流程图,此过程中需要除去铁离子和铝离子,不能沉淀Mn2+、Zn2+。根据Ksp[Mn(OH)2]=2.0×10-13、Ksp[Zn(OH)2]=1.0×10-17,则需调节溶液中的c(OH-)分别小于==×10-6 mol·L-1、==1.0×10-8 mol·L-1,则c(OH-)<1.0×10-8 mol·L-1,即pH<6,根据Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33、Ksp[Fe(OH)3]=3.0×10-39,则需调节溶液中的c(OH-)分别大于==1.0×10-9 mol·L-1、==×10-11mol·L-1,则c(OH-)>1.0×10-9 mol·L-1,即pH>5,因此pH范围为5.0<pH<6.0,为了不引入杂质,X可以是Zn(OH)2和MnCO3,故答案为:将Fe2+氧化为Fe3+;5.0<pH<6.0(或5~6);bd;

(4)反应Ⅳ中电极均是惰性电极,电解硫酸锰和硫酸锌的混合溶液,根据流程图,电解生了二氧化锰和锌,则阳极电极反应式为Mn2+2e+2H2O=MnO2+4H+。本工艺可以循环利用的物质有MnO2、Zn和硫酸,故答案为:Mn2+2e+2H2O=MnO2+4H+;H2SO4;

(5)废水处理领域中常用NH4HCO3溶液将Mn2+转化为MnCO3,反应的离子方程式为Mn2++2HCO3—= MnCO3↓+CO2↑+H2O,该反应的平衡常数K====7.0×106>105,所以该反应能进行,故答案为:Mn2++2HCO3—= MnCO3↓+CO2↑+H2O;由于K=7.0×106>105,所以该反应能进行。

练习册系列答案
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【题目】亚硝酸钙[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加剂的主要原料。某兴趣小组拟制备Ca(NO2)2并对其性质进行探究。回答下列有关问题。

(背景素材)Ⅰ.NO+CaO2=Ca(NO2)2;2NO2+CaO2=Ca(NO3)2;

II.亚硝酸具有一定的氧化性和还原性,酸性条件下:Ca(NO2)2能将I-氧化为I2;

Ⅲ.I2+2S2O32—=2I-+S4O62—

(制备Ca(NO2)2)该小组设计的制备装置如图所示(夹持装置略去)。

(1)仪器Ⅰ的名称是___________________;B中盛装的试剂是____________________。

(2)制备过程有关操作如下,正确顺序为_______、c、_______、_______、_______、_______。

a.向装置中通入N2 b.向仪器Ⅰ中滴加稀硝酸 c.点燃酒精灯 d.熄灭酒精灯 e.停止通入N2 f.关闭分液漏斗旋塞

(3)装置E中,酸性K2Cr2O7溶液可将剩余的NO氧化成NO3—,溶液由橙色变为绿色(Cr3+),发生反应的离子方程式为__________________________。

(4)整个过程持续通N2的作用是______________、_____________、____________。

(测定Ca(NO2)2的纯度)该小组测定产品中Ca(NO2)2纯度的方法如下:a.称取mg产品、溶解、定容至250mL;b.移取25.00mL溶液于锥形瓶中,加入过量的V1 mLc1mol/L的KI溶液并酸化;c.以淀粉为指示剂,用c2mol/L的Na2S2O3溶液滴定。进行三次平行实验,消耗标准液体积平均值为V2 mL。

(5)测定过程所需仪器在使用前必须检查是否漏液的有______________________。

(6)该产品中Ca(NO2)2的质量分数为_____________________。

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