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某工厂用软锰矿(主要成分是MnO2,含少量Al2O3和SiO2)[高三][化学]
收录时间:2021-07-03    答题:高三化学(姜老师)

【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:反应中所有金属元素均以离子形式存在。

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______(填名称)。

(3)反应中MnO2的作用是______,另外一种物质X可以是______。(填字母代号)

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

(4)反应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)已知:H2S的电离常数K1=1.0×107K2=7.0×1015。0.1 mol/L NaHS的pH___7(填“>”“=”或“<”),理由是________________________________________

(6)在废水处理领域中常用H2S将Mn2+转化为MnS除去,向含有0.020 mol·L1 Mn2+废水中通入一定量的H2S气体,调节溶液的pH=a,当HS浓度为1.0×104 mol·L1时,Mn2+开始沉淀,则a=________。[已知:Ksp(MnS)=1.4×1015]

 

【答案】  CuS+MnO2+4HCu2++Mn2++S↓+2H2O  Cu  将Fe2+氧化为Fe3+  bd  Mn2+2e+2H2O=MnO2+4H  H2SO4    HS的水解常数为>7.0×1015,水解程度大于电离程度,溶液显碱性,pH>7  5

【解析】试题分析(1)依题意,MnO2、CuS、H2SO4反应生成MnSO4、CuSO4、S、H2O,锰元素由+4降为为+2价,硫元素由—2升为0价,根据最小公倍数法配平;(2)根据流程图,Ⅲ是除去溶液中的铁离子、铝离子;II中加入适量Zn,充分反应后过滤,得到Cu;(3) II中加入适量Zn,发生的反应为Zn+Cu2+=Zn2++Cu、Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+,则II的滤液中无铁离子,只有亚铁离子,为了将亚铁离子除去,需要先将其氧化为铁离子,再用氢氧化锌、氧化锌等调节溶液pH将其完全变为氢氧化铁沉淀,因此III中加入的二氧化锰是将Fe2+氧化成Fe3+的氧化剂;(4)电解前,V溶液中含有锌离子、锰离子,由此推断电解时锌元素由+2降为0价,得到电子,发生还原反应,说明Zn是阴极产物;锰元素由+2升为+4价,失去电子,发生氧化反应,说明二氧化锰是阳极产物,即Mn2+—2e→MnO2

(5)根据HS-的电离平衡常数与水解平衡常数判断NaHS的pH;(6)根据Ksp(MnS)=1.4×1015可计算向含有0.020 mol·L1 Mn2+废水中通入一定量的H2S气体Mn2+开始沉淀时S2浓度再根据H2S的电离常数K2=7.0×1015计算氢离子浓度

解析:根据以上分析(1)依题意,MnO2、CuS、H2SO4反应生成MnSO4、CuSO4、S、H2O,锰元素由+4降为为+2价,硫元素由—2升为0价,根据最小公倍数法配平,则该反应为CuS+MnO2+4HCu2++Mn2++S↓+2H2O;(2)根据流程图,Ⅲ是除去溶液中的铁离子、铝离子;II中加入适量Zn,得到Cu,滤渣2的主要成分是Cu;(3) II中加入适量Zn, II的滤液中有亚铁离子,为了将亚铁离子除去,需要先将其氧化为铁离子;为不引入新杂质,再用氢氧化锌、氧化锌、碳酸锰等调节溶液pH将其完全变为氢氧化铁沉淀,因此III中加入的二氧化锰是将Fe2+氧化成Fe3+的氧化剂,另外一种物质X可以是氢氧化锌、氧化锌、碳酸锰等,所以选bd;(4)电解前,V溶液中含有锌离子、锰离子,由此推断电解时锌元素由+2降为0价,得到电子,发生还原反应,说明Zn是阴极产物;锰元素由+2升为+4价,失去电子,发生氧化反应,说明二氧化锰是阳极产物即Mn2+—2e→MnO2左边带4个正电,右边不带电,呈酸性的V溶液中只能用氢离子使左右电荷守恒,则Mn2+—2e→MnO2+4H+;左边比右边少4H、2O,根据原子个数守恒可得阳极反应式:Mn2+2e+2H2O=MnO2+4H+;Mn2+2e+2H2O=MnO2+4H  ;根据电极反应式电解中有硫酸生成,本工艺可以循环利用的物质有MnO2、Zn和H2SO4

(5)根据HS-的电离平衡常数与HS-水解平衡常数=大于 7.0×1015 ,水解大于电离所以NaHS的pH>7;(6)根据Ksp(MnS)= 1.4×1015可计算向含有0.020 mol·L1 Mn2+废水中通入一定量的H2S气体Mn2+开始沉淀时S2浓度等于, H2S的电离常数K2=7.0×1015 , 氢离子浓度=所以PH=5。