Question

MnO₂和锌是制造干电池的主要原料．某地有软锰矿和闪锌矿两座矿山，它们的主要成份为：
   软锰矿：MnO₂含量≥65%，Al₂O₃含量为4%；闪锌矿：ZnS含量≥80%；FeS、CuS、CdS含量各为2%；
电解法生产MnO₂传统的工艺主要流程为：
   软锰矿加煤还原焙烧；用硫酸浸出焙烧料；浸出液经净化后再进行电解，MnO₂在电解池的阳极析出．电解锌的传统生产工艺为：
   闪锌矿高温氧化脱硫再用热还原法还原得粗锌：
2ZnS+O₂

高温  .

2ZnO+2SO₂  2C+O₂

高温  .

2CO  ZnO+CO

高温  .

Zn（g）+CO₂
将用热还原法制得的粗锌溶于硫酸，再电解ZnSO₄溶液可生产纯度为99.95%的锌．现在生产MnO₂和锌的新工艺主要是通过电解获得MnO₂和锌，副产品是硫、金属铜和镉．简化流程框图如下：

试回答下列问题：
软锰矿、闪锌矿粉末与硫酸溶液共热时析出硫的反应为氧化-还原反应，例如：MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O
（1）据此写出MnO₂在酸性溶液中与FeS发生氧化-还原反应的化学方程式

 

；软锰矿中Al₂O₃溶于硫酸的离子方程式

 

；由滤渣甲回收硫黄的实验方法是

 

；
（2）用离子方程式表示浸出液A与适量Zn粉作用得到滤液B与滤渣乙的过程

 

（3）滤渣丙的化学成分是

 

；
（4）用铁和铂电极电解MnSO₄和ZnSO₄的混合溶液可以得到Zn和MnO₂，电解时，铁做

 

极，铁极发生的电极反应为

 

．
（5）试从环境保护和能量消耗的角度评价新工艺与传统工艺相比较有哪些优点

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：根据 软锰矿的成分：MnO₂、Al₂O₃；闪锌矿的成分：ZnS、FeS、CuS、CdS，将软锰矿和闪锌矿与硫酸溶液混合混合共热过滤，发生化学反应Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O，根据MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，则有：3MnO₂+6H₂SO₄+2FeS═Fe₂（SO₄）₃+3MnSO₄+6H₂O+2S↓，CuS+MnO₂+2H₂SO₄═CuSO₄+MnSO₄+S↓+2H₂O，CdS+2H₂SO₄+MnO₂═CdSO₄+MnSO₄+S↓+2H₂O，得到的单质硫存在于滤渣甲中，利用硫的性质采用加热的方法将硫分离出来．得到的可溶物存在于滤液A中，其中含有MnSO₄、Al₂（SO₄）₃、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CdSO₄，向滤液中再加Zn粉过滤，发生化学反应Zn+CuSO₄═ZnSO₄+Cu，Zn+CdSO₄═ZnSO₄+Cd，Zn+2Fe³⁺═Zn²⁺+2Fe²⁺，得到滤渣乙进一步回收的Cu、Cd；同时得滤液B其中含有MnSO₄、Al₂（SO₄）₃、ZnSO₄、FeSO₄，再向滤液B中加入ZnCO₃、MnCO₃加热、过滤，将发生溶液中的Fe²⁺反被空气中的氧气氧化为Fe³⁺，3CO

2- 3

+2Al³⁺+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂，3CO

2- 3

+2Fe³⁺+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂，得滤渣丙其成分为Al（OH）₃、Fe（OH）₃；同时得滤液，其成分为ZnSO₄、MnSO₄，将滤液电解，阳极产生Zn，阴极产生MnO₂．对比两种制取物质的方法，传统的工艺过程中，反应都需要在高温下进行，因此都需要消耗大量的能量；同时有SO₂生成会污染环境；而现在新工艺过程中，消耗的能量较小，而且不产生有毒的二氧化硫气体．

解答： 解：（1）根据题中的信息及框图转化关系：软锰矿、闪锌矿粉末与硫酸溶液共热时析出硫的反应为氧化-还原反应，MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，当软锰矿、闪锌矿粉末与硫酸溶液共热时，酸性条件下会发生3MnO₂+6H₂SO₄+2FeS═Fe₂（SO₄）₃+3MnSO₄+6H₂O+2S↓，CuS+MnO₂+2H₂SO₄═CuSO₄+MnSO₄+S↓+2H₂O，CdS+2H₂SO₄+MnO₂═CdSO₄+MnSO₄+S↓+2H₂O，Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O．
故答案为：MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3MnSO₄+2S↓+6H₂O
         Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O   加热
（2）根据滤液A中含有MnSO₄、Al₂（SO₄）₃、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CdSO₄，向其中加入适量的锌粉后，发生如下反应：Zn+CuSO₄═ZnSO₄+Cu，Zn+CdSO₄═ZnSO₄+Cd，Zn+2Fe³⁺═Zn²⁺+2Fe²⁺，过滤得滤液B，其中的成分有MnSO₄、Al₂（SO₄）₃、ZnSO₄、FeSO₄，滤渣乙中有Cu、Cd，加以回收．
故答案为：Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺  Zn+Cd²⁺=Cd+Zn²⁺  Zn+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Zn²⁺ 
（3）向滤液B中加入ZnCO₃、MnCO₃加热，将发生：溶液中的Fe²⁺反被空气中的氧气氧化为Fe³⁺，
3CO

2- 3

+2Al³⁺+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂，3CO

2- 3

+2Fe³⁺+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂，得滤渣丙其成分为Al（OH）₃、Fe（OH）₃；过滤后得到滤液其成分为ZnSO₄、MnSO₄，滤渣丙的成分为：Al（OH）₃、Fe（OH）₃．
故答案为：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（4）电解ZnSO₄、MnSO₄溶液，根据溶液中离子的放电顺序，阳极反应：Mn²⁺-2e^-+2H₂O═MnO₂+4H⁺，阴极反应：Zn²⁺-2e^-═Zn
（5）从传统的工艺流程上看，2ZnS+O₂

高温  .

2ZnO+2SO₂  2C+O₂

高温  .

2CO  ZnO+CO

高温  .

Zn（g）+CO₂
反应都需要在高温下进行，因此都需要消耗大量的能量；同时有SO₂生成会污染环境；而现在新工艺过程中，消耗的能量较小，而且不产生有毒的二氧化硫气体，有利于环保．
故答案为：从环境保护角度评价：无SO₂对大气的污染；从能量消耗角度评价：无高温焙烧热污染，不需要高温焙烧节约燃料．

点评：本题是一道综合性题目，考查的知识点较广泛，要注意知识点之间的联系，分析问题要细致，考虑问题要全面，绝不能断章取义，否则就容易出错．