Question

16．某地有軟錳礦和閃鋅礦兩座礦山，它們的組成（質(zhì)量分數(shù)）如表：

軟錳礦	閃鋅礦
MnO2約70%，SiO2約20%，Al2O3約4%，其余為水分	ZnS約80%，F(xiàn)eS、CuS、SiO2共約7%，其余為水分

科研人員開發(fā)了綜合利用這兩種資源的同槽酸浸工藝，工藝流程如圖1所示．

（1）流程Ⅰ所得濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，則流程Ⅰ中被氧化的物質(zhì)有FeS、CuS種．
（2）流程Ⅱ中反應的離子方程式為Zn+Fe³⁺=Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺．
（3）氫氧化物開始沉淀的pH如表：

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

流程Ⅲ中MnO₂的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，不直接生成Fe（OH）₂沉淀的原因是使鐵元素能全部沉淀．
（4）如圖2是Na₂SO₄和Na₂SO₄•10H₂O的溶解度（g/100g水）曲線，又知MnSO₄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(jié)晶、趁熱過濾、乙醇洗滌、干燥，要“趁熱”過濾的原因是防止形成Na₂SO₄•10H₂O．
（5）流程Ⅴ的條件是電解，電解時均用惰性電極，陽極發(fā)生的電極反應可表示為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．
（6）取1.95g鋅加入到12.00mL 18.4mol/L的濃硫酸中（反應中只生成一種還原產(chǎn)物），充分反應后，小心地將溶液稀釋到1000mL，取出15.00mL，以酚酞為指示劑，用0.25mol/L的NaOH溶液滴定余酸，耗用NaOH溶液的體積為21.70mL．
①反應后溶液中多余的硫酸是0.18 mol．
②通過計算確定濃硫酸被還原的產(chǎn)物是S．

Answer 1

分析 依據(jù)流程圖分析可知，流程Ⅰ中軟錳礦和閃鋅礦在硫酸溶液發(fā)生反應生成二氧化硫氣體，過濾得沉淀硫，及濾液中含有MnSO₄、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(zhì)，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(huán)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，據(jù)此答題；
（6）①根據(jù)硫酸和氫氧化鈉之間的中和反應來確定剩余的硫酸的物質(zhì)的量；
②根據(jù)電子守恒和化合價變化之間的關系來計算．

解答 解：（1）流程Ⅰ中軟錳礦和閃鋅礦在硫酸溶液發(fā)生反應生成二氧化硫氣體，過濾得沉淀硫，及濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄、CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃等，其中FeS、CuS中硫元素及鐵元素化合價都升高，所以被氧化的物質(zhì)為，
故答案為：FeS、CuS；
（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(zhì)，反應的離子方程式為Zn+Fe³⁺=Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺，
故答案為：Zn+Fe³⁺=Fe²⁺+Zn²⁺、Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺；
（3）圖表數(shù)據(jù)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，所以要將亞鐵離子氧化成鐵離子，使鐵元素能全部沉淀，
故答案為：使鐵元素能全部沉淀；
（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(jié)晶水合物晶體，所以需要趁熱過濾；洗滌晶體時用乙醇洗滌避免形成結(jié)晶水合物，
故答案為：乙醇洗滌；防止形成 Na₂SO₄•10H₂O；
（5）流程圖中得到產(chǎn)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⁺；
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
（6）①硫酸和氫氧化鈉之間中和的實質(zhì)是：H⁺+OH^-=H₂O，用0.25mol/L的NaOH溶液中和余酸，耗用NaOH溶液的體積為21.70mL，這些氫氧化鈉中和掉的硫酸的物質(zhì)的量0.25mol/L×0.0217L×$\frac{1}{2}$=0.0027mol，剩余硫酸的物質(zhì)的量0.0027mol×$\frac{1000}{15}$≈0.18mol，
故答案為：0.18；
②取1.95g鋅加入到12.00mL18.4mol/L的濃硫酸中（反應中只生成一種還原產(chǎn)物），消耗的硫酸的物質(zhì)的量是0.012L×18.4mol/L-0.18mol=0.0408mol．設硫酸的還原產(chǎn)物中，硫元素的化合價是n，金屬鋅的物質(zhì)的量是：$\frac{1.95g}{65g/mol}$=0.03mol，生成硫酸鋅的物質(zhì)的量是0.03mol，所以0.03mol的硫酸顯示酸性，根據(jù)電子守恒：$\frac{1.95g}{65g/mol}$×（2-0）=（0.0408mol-0.03mol）×（6-n），解得n=0，所以濃硫酸被還原的產(chǎn)物是硫單質(zhì)，
故答案為：S．

點評 本題考查了物質(zhì)制備實驗的分析判斷、物質(zhì)溶解性的理解應用、電解原理的應用、實驗基本操作、化學計算等，題目難度較大，答題時注意元素守恒、極限反應的靈活應用．