Question

12．某化工廠以軟錳礦、閃鋅礦（主要成分為MnO₂、ZnS，還含有少量的FeS、CuS、Al₂O₃等物質(zhì)）為原料制取Zn和MnO₂．
（1）在一定條件下，將這兩種礦粉在硫酸溶液中相互作用，可得到含有Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Zn²⁺的酸性溶液，其中發(fā)生的主要反應(yīng)之一如下，請配平此反應(yīng)方程式：3MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=3MnSO₄+1Fe₂（SO₄）₃+2S+6H₂O
（2）將所得溶液按以下的工業(yè)流程（如圖I）進(jìn)行操作處理得溶液（IV），電解溶液（IV）即得MnO₂和Zn．

a．操作①中加Zn粉后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺；
b．操作②中加入適量X的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
c．工業(yè)上用惰性電極電解溶液（IV）獲得產(chǎn)品，請寫出電解過程中的陽極反應(yīng)式Mn²⁺-2e^-+2H₂O=Mn+4H⁺；
（3）為了從上述流程中產(chǎn)生的Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀混合物中回收Al（OH）₃，工廠設(shè)計了如下的有關(guān)流程如圖（Ⅱ）．
a．AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液反應(yīng)生成AI（OH）₃的離子方程式為Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；
b．若得到n molAl（OH）₃，則理論上消耗的NaOH和HCl的物質(zhì)的量分別為$\frac{3n}{4}$mol、$\frac{3n}{4}$mol．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)中錳元素化合價從+4價降為+2價，硫化亞鐵中二價鐵化合價升高為三價鐵離子，-2價的硫化合價升高為單質(zhì)硫中的0價，依據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒配平方程式；
（2）a．鋅可以Cu²⁺和Fe³⁺反應(yīng)；
b．MnO₂可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
c．溶液（IV）為氯化鋅、氯化錳溶液，用惰性電極電解，陽極二價錳離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合水生成氧化錳；
（3）a．AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液發(fā)生雙水解反應(yīng)反應(yīng)生成AI（OH）₃； 
b．由方程式可知生成4molAI（OH）₃需要1molAl³⁺和3molAlO₂^-；

解答 解：（1）反應(yīng)中錳元素化合價從+4價降為+2價，硫化亞鐵中二價鐵化合價升高為三價鐵離子，-2價的硫化合價升高為單質(zhì)硫中的0價，要使反應(yīng)中得失電子守恒，則二氧化錳系數(shù)為3，硫化亞鐵系數(shù)為2，依據(jù)原子個數(shù)守恒可知反應(yīng)方程式為：3MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=3MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2S↓+6H₂O；
故答案為：3，2，6，3，1，2，6；
（2）a．鋅可以Cu²⁺和Fe³⁺反應(yīng)，方程式為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu； Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺，
故答案為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu； Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺；  
b．X是MnO₂，MnO₂可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，便于通過調(diào)節(jié)pH值除去三價鐵離子；
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺； 
c．溶液（IV）為氯化鋅、氯化錳溶液，用惰性電極電解，陽極二價錳離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合水生成氧化錳，電解反應(yīng)式為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=Mn+4H⁺；
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=Mn+4H⁺；
（3）a．AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液發(fā)生雙水解反應(yīng)反應(yīng)生成AI（OH）₃，離子方程式：Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；
故答案為：Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；
b．由方程式Al³⁺+3AlO₂^-+6H₂O=4Al（OH）₃↓；可知生成4molAl（OH）₃需要1molAl³⁺和3molAlO₂^-，即由鋁單質(zhì)生成1molAl³⁺需要3mol鹽酸和由氫氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成3molAlO₂^-需要3mol氫氧化鈉，即消耗的NaOH和HCl的理論量（mol）都為$\frac{3n}{4}$mol，
故答案為：$\frac{3n}{4}$mol；$\frac{3n}{4}$mol；

點(diǎn)評 本題為綜合題，考查了氧化還原反應(yīng)方程式的配平，物質(zhì)的分離和提純，明確氧化還原反應(yīng)規(guī)律，準(zhǔn)確把握離子方程式書寫方法是解題關(guān)鍵，題目難度中等．