Question

【題目】鋅是第四“常見”的金屬，僅次于鐵、鋁及銅，在現(xiàn)代工業(yè)中對于電池的制造有不可磨滅的貢獻，下列是以硫化鋅精礦為原料制備單質鋅的工業(yè)流程。

Ⅰ．（1）浸出液以硫酸鋅為主，還含有 Fe3+、Fe2+、A13+、Cl-等雜質，會影響鋅的電解，必須除去。凈化過程如下：

①在酸性條件下，用H2O2將Fe2+氧化成Fe3+，離子方程式為___。

②將浸出液的pH調節(jié)為5.5左右，使 Fe3+、A13+形成沉淀而除去，可選用的最佳試劑為___（填字母）

A．NaOH B．NH3·H2O C．Zn(OH)2 D．H2SO4

③用Ag2SO4可除去Cl-，發(fā)生反應的離子方程式為______。

④電解過程中析出鋅的電極反應式為___。

Ⅱ．煙氣中的SO2可與軟錳礦(主要成分MnO2，雜質金屬元素Fe、Al、Mg等)的懸濁液反應制備MnSO4·H2O。

（2）已知：Ksp[Al(OH)3] =1×10－33，Ksp[Fe(OH)3] =3×10-39，pH =7.1時Mn(OH)2開始沉淀。室溫下，除去MnSO4溶液中的Fe3＋、Al3＋(欲使其濃度小于1×10－6mol·L－1)，需調節(jié)溶液pH范圍為___。

（3）由圖可以看出，從MnSO4和MgSO4混合溶液中結晶MnSO4·H2O晶體，需控制結晶溫度范圍為___。

（4）鋅錳堿性電池的總反應式為：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnO(OH)＋Zn(OH)2，正極反應式為：_____。

Answer 1

【答案】2Fe2+＋H2O2＋2H+=2Fe3+＋2H2O C Ag2SO4(s)＋2Cl-(aq)2AgCl(s)＋SO42-(aq) Zn2+＋2e-=Zn 5.0<pH<7.1 高于60℃ 2MnO2＋2e-＋2H2O=2MnO(OH)＋2OH-

【解析】

硫化鋅精礦在空氣中焙燒得到ZnO及煙氣，煙氣中含有二氧化硫，ZnO焙砂用硫酸酸浸，浸出液中含有ZnSO4等，凈化后得到硫酸鋅溶液，電解得到Zn。

（1）①在酸性條件下，用H2O2將Fe2＋氧化成Fe3＋，由電荷守恒，有氫離子參加反應，過氧化氫還原為水；

②選擇的試劑能消耗氫離子，且不能引入新雜質；

③氯化銀溶解度更小，除去Cl-的離子方程式為：Ag2SO4(s)＋2Cl-(aq)2AgCl(s)＋SO42-(aq) ；

④Zn2＋發(fā)生還原反應得到Zn，在陰極析出；

（2）pH=7.1時Mn（OH）2開始沉淀；室溫下，除去MnSO4溶液中的Fe3＋、Al3＋，由于Al（OH）3、Fe（OH）3類型相同，且Al（OH）3的溶度積大于Fe（OH）3的溶度積，Al3+完全沉淀時Fe3+一定完全沉淀，結合Al（OH）3完全變成沉淀時的pH分析；

（3）從MnSO4和MgSO4混合溶液中結晶MnSO4·H2O晶體，根據(jù)圖上信息，高于60℃以后MnSO4·H2O的溶解度減小，而MgSO4·6H2O的溶解度增大，因此控制結晶溫度范圍是高于60℃；

（4）二氧化錳作正極，正極上二氧化錳得電子發(fā)生還原反應。

（1）①在酸性條件下，用H2O2將Fe2＋氧化成Fe3＋，由電荷守恒，有氫離子參加反應，過氧化氫還原為水，反應離子方程式為：2Fe2＋+H2O2+2H＋=2Fe3＋+2H2O；

②選擇的試劑能消耗氫離子，且不能引入新雜質，加入硫酸不能消耗溶液中氫離子，NaOH、NH3·H2O、Zn（OH）2均能消耗溶液中氫離子，但NaOH、NH3·H2O 會引入雜質離子下標，故選：C；

③氯化銀溶解度更小，除去Cl-的離子方程式為：Ag2SO4(s)＋2Cl-(aq)2AgCl(s)＋SO42-(aq) ；

④Zn2＋發(fā)生還原反應得到Zn，電解過程中析出鋅的電極反應式為：Zn2＋+2e－=Zn；

（2）pH=7.1時Mn（OH）2開始沉淀；室溫下，除去MnSO4溶液中的Fe3＋、Al3＋，由于Al（OH）3、Fe（OH）3類型相同，且Al（OH）3的溶度積大于Fe（OH）3的溶度積，Al3+完全沉淀時Fe3+一定完全沉淀，氫氧化鋁完全變成沉淀時的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-1，溶液的pH=5，故pH范圍是：5.0＜pH＜7.1；

（3）從MnSO4和MgSO4混合溶液中結晶MnSO4·H2O晶體，根據(jù)圖上信息，高于60℃以后MnSO4·H2O的溶解度減小，而MgSO4·6H2O的溶解度增大，且MnSO4·H2O的溶解度小于MgSO4·6H2O的溶解度，因此控制結晶溫度范圍是高于60℃；

（4）二氧化錳作正極，正極上二氧化錳得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為2MnO2+2H2O+2e－═2MnO(OH)＋2OH-。