Question

12．干电池是日常生活中应用非常广发的小型电池，锌和二氧化锰是制造干电池的主要原料，某电池厂的科研人员利用闪锌矿（主要成分是ZnS，另含少量CuFeS₂和 SiO₂）和铁锰矿（主要成分是MnO₂，另含少量Al₂O₃和SiO₂），设计如图所示的工艺流程生成锌和二氧化锰，并获得一系列的副产品（物质中所含的水均省略）：
试回答下列问题：

（1）CuFeS₂中Fe元素的化合价为+2．
（2）已知滤液A中含有Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等阳离子．则在“酸浸”矿石粉的过程中，所得的还原产物是Mn²⁺（填离子符号，下同）：在滤液A的：“除铜”过程中，与Cu²⁺一并被锌还原的金属阳离子是Fe³⁺．
（3）在滤液“B”的氧化过程中，离子方程式是MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
加入试剂乙是为了调节溶液的pH，试剂乙可能是BC（填序号）．
A．Ba（OH）₂B．ZnOC．MnCO₃D．Cu₂（OH）₂CO₃
（4）在滤液C的“电解”过程中阴极的离子方程式是Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；若“酸浸”时所加入的试剂甲为盐酸，则电解所得阳极产物是Cl₂．
（5）在滤液D的“沉铝”过程中，化学方程式为NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃．
（6）该工艺生成流程的优点很多，如：热能耗低、不产生污染性气体、获得的副产品多．此外还有一个最显著的优点是：产品Zn、MnO₂都可以循环利用．

Answer 1

分析 闪锌矿（主要成分是ZnS，另含少量CnFeS₂和 SiO₂）和铁锰矿（主要成分是MnO₂，另含少量Al₂O₃和SiO₂）粉碎，酸浸，过滤，滤液A中含有Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等阳离子，滤液中加少量Zn除Cu，Cu²⁺被还原为Cu，同时Fe³⁺被还原为Fe²⁺，过滤，滤液B中主要含有Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺和Al³⁺等阳离子，滤液B中加二氧化锰把亚铁离子氧化为铁离子，加ZnO或MnCO₃调解pH，Fe³⁺和Al³⁺转化为氢氧化物沉淀，过滤，滤渣为氢氧化铁和氢氧化铝，加氢氧化钠，氢氧化铝溶解转化为偏铝酸钠，氢氧化铁不溶解，过滤，滤渣为氢氧化铁，滤液D中通过量的二氧化碳生成氢氧化铝沉淀，过滤得到氢氧化铝，滤液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，电解该溶液得到Zn和二氧化锰；
（1）CuFeS₂中Cu为+2价，S为-2价，根据化合价的代数和为零计算；
（2）铁锰矿中含有MnO₂酸浸后溶液中为Mn²⁺，Mn元素的化合价降低；氧化性：Cu²⁺＜Fe³⁺；
（3）滤液B中加二氧化锰把亚铁离子氧化为铁离子；调节pH时加如的物质能消耗氢离子，但是不能引入新的杂质；
（4）滤液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，电解时阴极上锰离子得电子生成二氧化锰；阳极氯离子失电子生成氯气；
（5）偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳生成碳酸氢钠和氢氧化铝沉淀；
（6）滤液C电解得到Zn、MnO₂，分离过程中用到Zn、MnO₂．

解答 解：闪锌矿（主要成分是ZnS，另含少量CnFeS₂和 SiO₂）和铁锰矿（主要成分是MnO₂，另含少量Al₂O₃和SiO₂）粉碎，酸浸，过滤，滤液A中含有Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等阳离子，滤液中加少量Zn除Cu，Cu²⁺被还原为Cu，同时Fe³⁺被还原为Fe²⁺，过滤，滤液B中主要含有Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺和Al³⁺等阳离子，滤液B中加二氧化锰把亚铁离子氧化为铁离子，加ZnO或MnCO₃调解pH，Fe³⁺和Al³⁺转化为氢氧化物沉淀，过滤，滤渣为氢氧化铁和氢氧化铝，加氢氧化钠，氢氧化铝溶解转化为偏铝酸钠，氢氧化铁不溶解，过滤，滤渣为氢氧化铁，滤液D中通过量的二氧化碳生成氢氧化铝沉淀，过滤得到氢氧化铝，滤液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，电解该溶液得到Zn和二氧化锰；
（1）CuFeS₂中Cu为+2价，S为-2价，根据化合价的代数和为零可知Fe的化合价为：+2价；
故答案为：+2；
（2）铁锰矿中含有MnO₂酸浸后溶液中为Mn²⁺，Mn元素的化合价降低，则MnO₂被还原．还原产物为Mn²⁺；已知氧化性：Cu²⁺＜Fe³⁺，则加入Zn还原是先与
Fe³⁺反应生成Fe²⁺，再与置换铜离子得到Cu；
故答案为：Mn²⁺；Fe³⁺；
（3）滤液B中加二氧化锰把亚铁离子氧化为铁离子，其反应的离子方程式为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；调节pH时加如的物质能消耗氢离子，但是不能引入新的杂质，由于溶液中含有Zn²⁺、Mn²⁺，所以可以加Zn和Mn的氧化物或氢氧化物或碳酸盐来调节pH，所以BC正确；
故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；BC；
（4）滤液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，电解时阴极上锰离子得电子生成二氧化锰，其电极方程为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；若“酸浸”时所加入的试剂甲为盐酸，则溶液中含有大量的氯离子，则电解时阳极上氯离子失电子生成氯气；
故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；Cl₂；
（5）偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳生成碳酸氢钠和氢氧化铝沉淀，其反应的化学方程式为：NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
故答案为：NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
（6）滤液C电解得到Zn、MnO₂，分离过程中用到Zn、MnO₂，所以产品Zn、MnO₂和H₂SO₄都可以循环利用；
故答案为：产品Zn、MnO₂都可以循环利用．

点评 本题考查了物质的分离提纯操作的综合应用，为高考常考题型，把握流程中混合物分离提纯、除杂及发生的反应为解答的关键，侧重分析、实验、推断能力的综合考查，题目难度中等，注意把握分离流程以及电解原理的应用．