Question

10．MnO₂和鋅是制造干電池的主要原料
電解法生產(chǎn)MnO₂傳統(tǒng)的工藝主要流程為：軟錳礦加煤還原焙燒；用硫酸浸出焙燒料；浸出液（主要含Mn²⁺）經(jīng)凈化后再進行電解，MnO₂在電解池的陽極析出．
90年代后期發(fā)明了生產(chǎn)MnO₂和鋅的新工藝，主要是采用軟錳礦（主要成分為MnO₂，含少量Al₂O₃和SiO₂雜質(zhì)）和閃鋅礦（主要成分為ZnS，含少量FeS、CuS、CdS雜質(zhì)）為主要原料，經(jīng)過除雜后，得到含Zn²⁺、Mn²⁺離子的溶液，再通過電解同時獲得MnO₂和鋅．簡化流程框圖如下（中間產(chǎn)物的固體部分已經(jīng)略去）：
[軟錳礦、閃鋅礦]$\stackrel{步驟①：硫酸}{→}$[濾液A]$\stackrel{步驟②：金屬棒}{→}$[Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺]$\stackrel{步驟③：物質(zhì)C}{→}$
[ZnSO₄、MnSO₄溶液]$\stackrel{步驟④：電解}{→}$[Zn+MnO₂+產(chǎn)品D]
已知各種金屬離子完全沉淀的pH如下表：

	Zn2+	Mn2+	Fe2+	Fe3+	Al3+
pH	8.0	10.1	9.0	3.2	4.7

回答下列問題：
（1）步驟①中，軟錳礦、閃鋅礦粉與硫酸溶液共熱時析出硫的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，例如：MnO₂+ZnS+2H₂SO₄═MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，請寫出MnO₂在酸性溶液中分別和CuS和FeS發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：MnO₂+CuS+2H₂SO₄=MnSO₄+CuSO₄+S↓+2H₂O、MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3MnSO₄+2S↓+6H₂O．
（2）步驟②加入金屬鋅是為了回收金屬，回收金屬的主要成份為Cu、Cd（用化學(xué)符號表示）
（3）步驟③物質(zhì)C由多種物質(zhì)組成，其中含有兩種固體，其中一種為MnO₂，其作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺另外一種固體物質(zhì)可為Zn（OH）₂．
（4）步驟④中電解過程中MnO₂在陽極析出，該電極上發(fā)生的反應(yīng)方程式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．產(chǎn)品D的化學(xué)式為H₂SO₄，該物質(zhì)對整個生產(chǎn)的意義是用于溶解軟錳礦和閃鋅礦，循環(huán)使用．

Answer 1

分析 （1）MnO₂在酸性溶液中分別和CuS和FeS發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Mn元素的化合價降低，S元素的化合價升高，且Fe元素化合價升高；
（2）濾液A中含金屬離子，加Zn發(fā)生置換反應(yīng)；
（3）由轉(zhuǎn)化可知，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀；
（4）步驟④中電解過程中MnO₂應(yīng)在陽極生成，因Mn元素失去電子，陰極上Zn得到電子，得到的硫酸可循環(huán)使用．

解答 解：（1）MnO₂在酸性溶液中分別和CuS和FeS發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Mn元素的化合價降低，S元素的化合價升高，且Fe元素化合價升高，由電子、原子守恒可知，反應(yīng)分別為MnO₂+CuS+2H₂SO₄=MnSO₄+CuSO₄+S↓+2H₂O、3MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3MnSO₄+2S↓+6H₂O，
故答案為：MnO₂+CuS+2H₂SO₄=MnSO₄+CuSO₄+S↓+2H₂O；3MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3MnSO₄+2S↓+6H₂O；
（2）由濾液A$\stackrel{步驟②：金屬棒}{→}$Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，可知加Zn置換出Cu、Cd，故答案為：Cu、Cd；
（3）由轉(zhuǎn)化可知，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀，其中一種為MnO₂，其作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；另外一種固體物質(zhì)可為Zn（OH）₂（Mn（OH）₂、ZnCO₃、MnCO₃等）促進鐵離子水解轉(zhuǎn)化為沉淀，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；Zn（OH）₂；
（4）因Mn元素失去電子，可知步驟④中電解過程中MnO₂在陽極析出，該電極上發(fā)生的反應(yīng)方程式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，硫酸根離子不變，且生成氫離子，可知產(chǎn)品D的化學(xué)式為H₂SO₄，該物質(zhì)對整個生產(chǎn)的意義是用于溶解軟錳礦和閃鋅礦，循環(huán)使用，
故答案為：陽；Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；H₂SO₄；用于溶解軟錳礦和閃鋅礦，循環(huán)使用．

點評 本題考查混合物分離提純的綜合應(yīng)用及物質(zhì)制備實驗，為高頻考點，把握簡化流程中的反應(yīng)、混合物分離方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．