Question

【題目】某工廠用軟錳礦（主要成分是MnO2，含少量Al2O3和SiO2）和閃鋅礦（主要成分是ZnS，含少量FeS、CuS等雜質）為原料制備MnO2和Zn（干電池原料），其簡化流程如下：

已知：反應Ⅰ中所有金屬元素均以離子形式存在。

回答下列問題：

（1）濾渣1中除了SiO2以外，還有一種淡黃色物質，該物質是由MnO2、CuS與硫酸共熱時產生的，請寫出該反應的離子方程式________________________________。

（2）反應Ⅱ中加入適量金屬鋅的目的是為了回收某種金屬，濾渣2的主要成分是______（填名稱）。

（3）反應Ⅲ中MnO2的作用是______，另外一種物質X可以是______。（填字母代號）

a．MgO b．Zn(OH)2 c．Cu2(OH)2CO3 d．MnCO3

（4）反應Ⅳ中電極均是惰性電極，寫出陽極電極反應式_______________。本工藝可以循環利用的物質有MnO2、Zn和_____。

（5）已知：H2S的電離常數K1=1.0×107，K2=7.0×1015。0.1 mol/L NaHS的pH___7(填“＞”“＝”或“＜”），理由是________________________________________。

（6）在廢水處理領域中常用H2S將Mn2+轉化為MnS除去，向含有0.020 mol·L1 Mn2+廢水中通入一定量的H2S氣體，調節溶液的pH=a，當HS濃度為1.0×104 mol·L1時，Mn2+開始沉淀，則a=________。[已知：Ksp(MnS)=1.4×1015]

Answer 1

【答案】 CuS＋MnO2＋4H＋Cu2＋＋Mn2＋＋S↓＋2H2O Cu 將Fe2+氧化為Fe3+ bd Mn2＋2e＋2H2O＝MnO2＋4H＋ H2SO4 ＞ HS的水解常數為＞7.0×1015，水解程度大于電離程度，溶液顯堿性，pH＞7 5

【解析】試題分析：（1）依題意，MnO2、CuS、H2SO4反應生成MnSO4、CuSO4、S、H2O，錳元素由+4降為為+2價，硫元素由—2升為0價，根據最小公倍數法配平；（2）根據流程圖，Ⅲ是除去溶液中的鐵離子、鋁離子；II中加入適量Zn，充分反應后過濾，得到Cu;(3) II中加入適量Zn，發生的反應為Zn+Cu2+=Zn2++Cu、Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，則II的濾液中無鐵離子，只有亞鐵離子，為了將亞鐵離子除去，需要先將其氧化為鐵離子，再用氫氧化鋅、氧化鋅等調節溶液pH將其完全變為氫氧化鐵沉淀，因此III中加入的二氧化錳是將Fe2+氧化成Fe3+的氧化劑；（4）電解前，V溶液中含有鋅離子、錳離子，由此推斷電解時鋅元素由+2降為0價，得到電子，發生還原反應，說明Zn是陰極產物；錳元素由+2升為+4價，失去電子，發生氧化反應，說明二氧化錳是陽極產物，即Mn2+—2e－→MnO2；

（5）根據HS-的電離平衡常數與水解平衡常數判斷NaHS的pH；（6）根據Ksp(MnS)=1.4×1015，可計算向含有0.020 mol·L1 Mn2+廢水中通入一定量的H2S氣體Mn2+開始沉淀時S2濃度，再根據H2S的電離常數K2=7.0×1015計算氫離子濃度。

解析：根據以上分析（1）依題意，MnO2、CuS、H2SO4反應生成MnSO4、CuSO4、S、H2O，錳元素由+4降為為+2價，硫元素由—2升為0價，根據最小公倍數法配平，則該反應為CuS＋MnO2＋4H＋Cu2＋＋Mn2＋＋S↓＋2H2O；（2）根據流程圖，Ⅲ是除去溶液中的鐵離子、鋁離子；II中加入適量Zn，得到Cu，濾渣2的主要成分是Cu；(3) II中加入適量Zn， II的濾液中有亞鐵離子，為了將亞鐵離子除去，需要先將其氧化為鐵離子；為不引入新雜質，再用氫氧化鋅、氧化鋅、碳酸錳等調節溶液pH將其完全變為氫氧化鐵沉淀，因此III中加入的二氧化錳是將Fe2+氧化成Fe3+的氧化劑，另外一種物質X可以是氫氧化鋅、氧化鋅、碳酸錳等，所以選bd；（4）電解前，V溶液中含有鋅離子、錳離子，由此推斷電解時鋅元素由+2降為0價，得到電子，發生還原反應，說明Zn是陰極產物；錳元素由+2升為+4價，失去電子，發生氧化反應，說明二氧化錳是陽極產物即Mn2+—2e－→MnO2，左邊帶4個正電，右邊不帶電，呈酸性的V溶液中只能用氫離子使左右電荷守恒，則Mn2+—2e－→MnO2+4H+；左邊比右邊少4H、2O，根據原子個數守恒可得陽極反應式：Mn2+2e－+2H2O=MnO2+4H+；Mn2＋2e＋2H2O＝MnO2＋4H＋ ；根據電極反應式，電解中有硫酸生成，本工藝可以循環利用的物質有MnO2、Zn和H2SO4

（5）根據HS-的電離平衡常數與HS-水解平衡常數=大于 7.0×1015 ，水解大于電離，所以NaHS的pH>7；（6）根據Ksp(MnS)= 1.4×1015，可計算向含有0.020 mol·L1 Mn2+廢水中通入一定量的H2S氣體Mn2+開始沉淀時S2濃度等于， H2S的電離常數K2=7.0×1015， , ，氫離子濃度= ，所以PH=5。