Question

【題目】某地有軟錳礦和閃鋅礦兩座礦山，它們的組成（質量分數）如下：

科研人員開發了綜合利用這兩種資源的同槽酸浸工藝，工藝流程如下圖所示。

請回答下列問題。

（1）流程I所得濾液中含有MgSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3等，則流程I中被氧化的物質有_______種。

（2）流程II中反應的離子方程式為_____________。

（3）氫氧化物開始沉淀的pH如下表：

氫氧化物	Fe(0H)3	Al(0H)3	Fe(0H)2
開始沉淀pH	1.5	3.3	7.6

①流程III中MnO2的作用是將Fe2+氧化成Fe3+，不直接生成Fe(OH)3沉淀的原因是_________。

②MnCO3和ZnCO3的作用是______________。

（4）下圖是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度（g/100g水）曲線，又知MnCO3和ZnSO4的溶解度隨溫度的升高而增大，則流程IV得到Na2SO4固體的操作是：將分離出MnCO3和ZnCO3后的濾液升溫結晶、趁熱過濾、_____、干燥，要“趁熱”過濾的原因是：______________。

（5）本工藝所用的原料除軟錳礦、閃鋅礦、硫酸外還需要購買的原料是_______。

（6）流程V的反應為：MnSO4＋ZnSO4+2H2O MnO2+Zn+2H2SO4，寫出陽極反應式________。

（7）MnO2和Zn可按物質的量之比1 : 1 生產鋅-錳干電池，則從主產MnO2和Zn的角度計算，所用軟錳礦和閃鋅礦的質量比大約是__________。

Answer 1

【答案】 3 Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+、Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ 當Fe2+完全沉淀時堿過量，得不到Al(OH)3沉淀 調節溶液的pH，使Fe3+和Al3+生成沉淀 洗滌 盡量減少Na2SO4的溶解量 Na2CO3 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ 1.025

【解析】依據流程圖分析可知，流程Ⅰ中軟錳礦和閃鋅礦在硫酸溶液發生反應生成二氧化硫氣體，過濾得沉淀硫和二氧化硅，濾液中含有MgSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3等，流程Ⅱ中加入鋅，將鐵離子還原成亞鐵離子，銅離子被還原成銅單質，過濾得到銅。流程Ⅲ中，加入MnO2將亞鐵離子氧化成鐵離子同時消耗酸而得到氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，濾液中含有硫酸錳和硫酸鋅，流程Ⅳ為濾液中加入碳酸鈉得碳酸錳、碳酸鋅可循環利用，濾液為硫酸鈉溶液，流程Ⅴ為電解硫酸錳和硫酸鋅混合溶液可得二氧化錳和鋅，則（1）流程Ⅰ中軟錳礦和閃鋅礦在硫酸溶液發生反應生成二氧化硫氣體，過濾得沉淀硫和二氧化硅，濾液中含有MgSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3等，其中FeS、CuS、ZnS中硫元素及鐵元素化合價都升高，所以被氧化的物質有三種；（2）流程Ⅱ中加入鋅，將鐵離子還原成亞鐵離子，銅離子被還原成銅單質，反應的離子方程式為Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+、Zn+Cu2+=Cu+Zn2+；（3）①圖表數據可知，亞鐵離子沉淀完全的pH為7.6，而鐵離子沉淀完全的pH為1.5，要將亞鐵離子完全沉淀，堿需要過量，此時生成的氫氧化鋁會溶解，因此必須把亞鐵離子氧化成鐵離子，使鐵元素能全部沉淀；②要測定鐵離子和鋁離子，需要調節pH，又因為不能引入新雜志，所以MnCO3和ZnCO3的作用是調節溶液的pH，使Fe3+和Al3+生成沉淀；（4）圖象分析可知溫度高時析出硫酸鈉，溫度低時析出硫酸鈉結晶水合物晶體，所以需要趁熱過濾，盡量減少Na2SO4的溶解量；洗滌晶體時用乙醇洗滌避免形成結晶水合物；（5）由于碳酸鈉在反應中被消耗，且在后續反應中不能產生，因此還需要購買的原料是碳酸鈉；（6）流程圖中得到產物為二氧化錳和鋅分析，得到鋅是鋅離子在陰極得到電子析出；二氧化錳是在陽極錳離子失電子生成，電極反應為Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；（7）據反應MnSO4+ZnSO4+2H2O＝MnO2+Zn+2H2SO4可知MnO2、Zn的物質的量之比為1：1，故可設軟錳礦、閃鋅礦的質量分別為x、y，得0.7x/87：0.8y/97＝1：1，故x：y=1.025.