Question

20．某工厂用软锰矿（含MnO₂约70%及Al₂O₃）和闪锌矿（含ZnS约80%及FeS）共同生产MnO₂，和Zn（干电池原料）．流程如下：


已知：①A是MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃，Al₂（SO₄）₃的混合液．
②IV中的电解反应式为MnSO₄+ZnSO₄+2H₂O $\stackrel{电解}{→}$MnO₂+Zn+2H₂SO₄．
（1）A中属于还原产物的是MnSO₄．
（2）加入MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃的作用是调节溶液的pH，使Fe³⁺和Al³⁺生成沉淀：C的化学式是H₂SO₄．
（3）该生产中除得到Na₂SO₄、S等副产品外，还可得到的副产品是硫、氧化铁、氧化铝．
（4）副产品S可用于制硫酸，转化过程是：S→SO₂→SO₃→H₂SO₄．写出第二步转化的化学方程式O₂+2SO₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃．
（5）要从Na₂SO₄溶液中得到芒硝（ Na₂SO₄•10H₂O），需进行的操作有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等．
（6）从生产MnO₂和Zn的角度计算，软锰矿和闪锌矿投料的质量比大约是1.03：1．

Answer 1

分析 分析流程软锰矿（含MnO₂约70%及Al₂O₃）和闪锌矿（含ZnS约80%及FeS）加入硫酸酸溶，加热酸浸过滤得到A为MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃的酸性混合液，加热过滤回收Fe₂O₃，Al₂O₃，加入碳酸钠沉淀锰离子和锌离子，得到滤液电解得到 二氧化锰、锌和硫酸钠，
（1）比较信息①A与软锰矿中元素化合价的变化可知，A中还原产物为MnSO₄；
（2）由工艺流程可知，A中加入MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃，A中的Fe³⁺、Al³⁺，经过一系列操作转化为氧化铁、氧化铝；操作Ⅰ加热、浸取需要硫酸，由②可知C为硫酸，循环利用；
（3）根据流程图不难得出副产物有硫、氧化铁、氧化铝；
（4）制硫酸工业中的第二步是用SO₂催化氧化生成SO₃；
（5）从溶液中获得固体物质，需蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（6）设软锰矿、闪锌矿的质量分别为x、y，根据②可知MnO₂、Zn的物质的量之比为1：1，据此列放出计算x：y的值．

解答 解：分析流程软锰矿（含MnO₂约70%及Al₂O₃）和闪锌矿（含ZnS约80%及FeS）加入硫酸酸溶，加热酸浸过滤得到A为MnSO₄、ZnSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃的酸性混合液，加热过滤回收Fe₂O₃，Al₂O₃，加入碳酸钠沉淀锰离子和锌离子，得到滤液电解得到 二氧化锰、锌和硫酸钠，
（1）比较信息①A与软锰矿中元素化合价的变化可知，Mn元素化合价由+4价降低为+2价，所以A中还原产物为MnSO₄，
故答案为：MnSO₄；
（2）由工艺流程可知，MnCO₃、Zn₂（OH）₂CO₃的作用就是调节pH，使Fe³⁺、Al³⁺沉淀完全，Fe³⁺、Al³⁺沉淀容易形成胶体，不利于氢氧化铁、氢氧化铝沉降，Ⅱ操作Ⅰ加热、浸取需要硫酸，由②可知C为硫酸，循环利用，
故答案为：调节溶液的pH，使Fe³⁺和 Al³⁺生成沉淀；H₂SO₄；
（3）根据流程图可知，副产物有硫、氧化铁、氧化铝，
故答案为：硫、氧化铁、氧化铝；
（4）制硫酸工业中的第二步是用SO₂催化氧化生成SO₃，反应方程式为O₂+2SO₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃，
故答案为：O₂+2SO₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃；
（5）从溶液中获得固体物质，需蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：冷却结晶；
（6）设软锰矿、闪锌矿的质量分别为xg、yg，根据②可知MnO₂、Zn的物质的量之比为1：1，则：$\frac{0.7xg}{87g/mol}$：$\frac{0.8yg}{97g/mol}$=1：1，解得x：y=1.03：1，
故答案为：1.03：1．

点评 本实验的目的是制备二氧化锰与锌，因而需要把氧化铝、铁元素、硫元素除去．据此考查学生对工艺流程的理解、物质性质、氧化还原反应、分离提纯基本操作、化学计算等，难度中等，关键是掌握整个制备流程原理，要求学生要有扎实的基础知识和灵活应用知识解决问题的能力．