Question

MnO₂和鋅是制造干電池的主要原料．某地有軟錳礦和閃鋅礦兩座礦山，它們的主要成份為：
   軟錳礦：MnO₂含量≥65%，Al₂O₃含量為4%；閃鋅礦：ZnS含量≥80%；FeS、CuS、CdS含量各為2%；
電解法生產(chǎn)MnO₂傳統(tǒng)的工藝主要流程為：
   軟錳礦加煤還原焙燒；用硫酸浸出焙燒料；浸出液經(jīng)凈化后再進行電解，MnO₂在電解池的陽極析出．電解鋅的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝為：
   閃鋅礦高溫氧化脫硫再用熱還原法還原得粗鋅：
2ZnS+O₂

高溫  .

2ZnO+2SO₂  2C+O₂

高溫  .

2CO  ZnO+CO

高溫  .

Zn（g）+CO₂
將用熱還原法制得的粗鋅溶于硫酸，再電解ZnSO₄溶液可生產(chǎn)純度為99.95%的鋅．現(xiàn)在生產(chǎn)MnO₂和鋅的新工藝主要是通過電解獲得MnO₂和鋅，副產(chǎn)品是硫、金屬銅和鎘．簡化流程框圖如下：

試回答下列問題：
軟錳礦、閃鋅礦粉末與硫酸溶液共熱時析出硫的反應為氧化-還原反應，例如：MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O
（1）據(jù)此寫出MnO₂在酸性溶液中與FeS發(fā)生氧化-還原反應的化學方程式

 

；軟錳礦中Al₂O₃溶于硫酸的離子方程式

 

；由濾渣甲回收硫黃的實驗方法是

 

；
（2）用離子方程式表示浸出液A與適量Zn粉作用得到濾液B與濾渣乙的過程

 

（3）濾渣丙的化學成分是

 

；
（4）用鐵和鉑電極電解MnSO₄和ZnSO₄的混合溶液可以得到Zn和MnO₂，電解時，鐵做

 

極，鐵極發(fā)生的電極反應為

 

．
（5）試從環(huán)境保護和能量消耗的角度評價新工藝與傳統(tǒng)工藝相比較有哪些優(yōu)點

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：根據(jù) 軟錳礦的成分：MnO₂、Al₂O₃；閃鋅礦的成分：ZnS、FeS、CuS、CdS，將軟錳礦和閃鋅礦與硫酸溶液混合混合共熱過濾，發(fā)生化學反應Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O，根據(jù)MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，則有：3MnO₂+6H₂SO₄+2FeS═Fe₂（SO₄）₃+3MnSO₄+6H₂O+2S↓，CuS+MnO₂+2H₂SO₄═CuSO₄+MnSO₄+S↓+2H₂O，CdS+2H₂SO₄+MnO₂═CdSO₄+MnSO₄+S↓+2H₂O，得到的單質(zhì)硫存在于濾渣甲中，利用硫的性質(zhì)采用加熱的方法將硫分離出來．得到的可溶物存在于濾液A中，其中含有MnSO₄、Al₂（SO₄）₃、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CdSO₄，向濾液中再加Zn粉過濾，發(fā)生化學反應Zn+CuSO₄═ZnSO₄+Cu，Zn+CdSO₄═ZnSO₄+Cd，Zn+2Fe³⁺═Zn²⁺+2Fe²⁺，得到濾渣乙進一步回收的Cu、Cd；同時得濾液B其中含有MnSO₄、Al₂（SO₄）₃、ZnSO₄、FeSO₄，再向濾液B中加入ZnCO₃、MnCO₃加熱、過濾，將發(fā)生溶液中的Fe²⁺反被空氣中的氧氣氧化為Fe³⁺，3CO

2- 3

+2Al³⁺+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂，3CO

2- 3

+2Fe³⁺+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂，得濾渣丙其成分為Al（OH）₃、Fe（OH）₃；同時得濾液，其成分為ZnSO₄、MnSO₄，將濾液電解，陽極產(chǎn)生Zn，陰極產(chǎn)生MnO₂．對比兩種制取物質(zhì)的方法，傳統(tǒng)的工藝過程中，反應都需要在高溫下進行，因此都需要消耗大量的能量；同時有SO₂生成會污染環(huán)境；而現(xiàn)在新工藝過程中，消耗的能量較小，而且不產(chǎn)生有毒的二氧化硫氣體．

解答： 解：（1）根據(jù)題中的信息及框圖轉(zhuǎn)化關系：軟錳礦、閃鋅礦粉末與硫酸溶液共熱時析出硫的反應為氧化-還原反應，MnO₂+ZnS+2H₂SO₄=MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，當軟錳礦、閃鋅礦粉末與硫酸溶液共熱時，酸性條件下會發(fā)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．
故答案為：MnO₂+2FeS+6H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3MnSO₄+2S↓+6H₂O
         Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O   加熱
（2）根據(jù)濾液A中含有MnSO₄、Al₂（SO₄）₃、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、CdSO₄，向其中加入適量的鋅粉后，發(fā)生如下反應：Zn+CuSO₄═ZnSO₄+Cu，Zn+CdSO₄═ZnSO₄+Cd，Zn+2Fe³⁺═Zn²⁺+2Fe²⁺，過濾得濾液B，其中的成分有MnSO₄、Al₂（SO₄）₃、ZnSO₄、FeSO₄，濾渣乙中有Cu、Cd，加以回收．
故答案為：Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺  Zn+Cd²⁺=Cd+Zn²⁺  Zn+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Zn²⁺ 
（3）向濾液B中加入ZnCO₃、MnCO₃加熱，將發(fā)生：溶液中的Fe²⁺反被空氣中的氧氣氧化為Fe³⁺，
3CO

2- 3

+2Al³⁺+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂，3CO

2- 3

+2Fe³⁺+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂，得濾渣丙其成分為Al（OH）₃、Fe（OH）₃；過濾后得到濾液其成分為ZnSO₄、MnSO₄，濾渣丙的成分為：Al（OH）₃、Fe（OH）₃．
故答案為：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（4）電解ZnSO₄、MnSO₄溶液，根據(jù)溶液中離子的放電順序，陽極反應：Mn²⁺-2e^-+2H₂O═MnO₂+4H⁺，陰極反應：Zn²⁺-2e^-═Zn
（5）從傳統(tǒng)的工藝流程上看，2ZnS+O₂

高溫  .

2ZnO+2SO₂  2C+O₂

高溫  .

2CO  ZnO+CO

高溫  .

Zn（g）+CO₂
反應都需要在高溫下進行，因此都需要消耗大量的能量；同時有SO₂生成會污染環(huán)境；而現(xiàn)在新工藝過程中，消耗的能量較小，而且不產(chǎn)生有毒的二氧化硫氣體，有利于環(huán)保．
故答案為：從環(huán)境保護角度評價：無SO₂對大氣的污染；從能量消耗角度評價：無高溫焙燒熱污染，不需要高溫焙燒節(jié)約燃料．

點評：本題是一道綜合性題目，考查的知識點較廣泛，要注意知識點之間的聯(lián)系，分析問題要細致，考慮問題要全面，絕不能斷章取義，否則就容易出錯．