Question

12．干電池是日常生活中應(yīng)用非常廣發(fā)的小型電池，鋅和二氧化錳是制造干電池的主要原料，某電池廠的科研人員利用閃鋅礦（主要成分是ZnS，另含少量CuFeS₂和 SiO₂）和鐵錳礦（主要成分是MnO₂，另含少量Al₂O₃和SiO₂），設(shè)計(jì)如圖所示的工藝流程生成鋅和二氧化錳，并獲得一系列的副產(chǎn)品（物質(zhì)中所含的水均省略）：
試回答下列問題：

（1）CuFeS₂中Fe元素的化合價(jià)為+2．
（2）已知濾液A中含有Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等陽(yáng)離子．則在“酸浸”礦石粉的過程中，所得的還原產(chǎn)物是Mn²⁺（填離子符號(hào)，下同）：在濾液A的：“除銅”過程中，與Cu²⁺一并被鋅還原的金屬陽(yáng)離子是Fe³⁺．
（3）在濾液“B”的氧化過程中，離子方程式是MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
加入試劑乙是為了調(diào)節(jié)溶液的pH，試劑乙可能是BC（填序號(hào)）．
A．Ba（OH）₂B．ZnOC．MnCO₃D．Cu₂（OH）₂CO₃
（4）在濾液C的“電解”過程中陰極的離子方程式是Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；若“酸浸”時(shí)所加入的試劑甲為鹽酸，則電解所得陽(yáng)極產(chǎn)物是Cl₂．
（5）在濾液D的“沉鋁”過程中，化學(xué)方程式為NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃．
（6）該工藝生成流程的優(yōu)點(diǎn)很多，如：熱能耗低、不產(chǎn)生污染性氣體、獲得的副產(chǎn)品多．此外還有一個(gè)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是：產(chǎn)品Zn、MnO₂都可以循環(huán)利用．

Answer 1

分析 閃鋅礦（主要成分是ZnS，另含少量CnFeS₂和 SiO₂）和鐵錳礦（主要成分是MnO₂，另含少量Al₂O₃和SiO₂）粉碎，酸浸，過濾，濾液A中含有Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等陽(yáng)離子，濾液中加少量Zn除Cu，Cu²⁺被還原為Cu，同時(shí)Fe³⁺被還原為Fe²⁺，過濾，濾液B中主要含有Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺和Al³⁺等陽(yáng)離子，濾液B中加二氧化錳把亞鐵離子氧化為鐵離子，加ZnO或MnCO₃調(diào)解pH，F(xiàn)e³⁺和Al³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾，濾渣為氫氧化鐵和氫氧化鋁，加氫氧化鈉，氫氧化鋁溶解轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉，氫氧化鐵不溶解，過濾，濾渣為氫氧化鐵，濾液D中通過量的二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁，濾液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，電解該溶液得到Zn和二氧化錳；
（1）CuFeS₂中Cu為+2價(jià)，S為-2價(jià)，根據(jù)化合價(jià)的代數(shù)和為零計(jì)算；
（2）鐵錳礦中含有MnO₂酸浸后溶液中為Mn²⁺，Mn元素的化合價(jià)降低；氧化性：Cu²⁺＜Fe³⁺；
（3）濾液B中加二氧化錳把亞鐵離子氧化為鐵離子；調(diào)節(jié)pH時(shí)加如的物質(zhì)能消耗氫離子，但是不能引入新的雜質(zhì)；
（4）濾液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，電解時(shí)陰極上錳離子得電子生成二氧化錳；陽(yáng)極氯離子失電子生成氯氣；
（5）偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳生成碳酸氫鈉和氫氧化鋁沉淀；
（6）濾液C電解得到Zn、MnO₂，分離過程中用到Zn、MnO₂．

解答 解：閃鋅礦（主要成分是ZnS，另含少量CnFeS₂和 SiO₂）和鐵錳礦（主要成分是MnO₂，另含少量Al₂O₃和SiO₂）粉碎，酸浸，過濾，濾液A中含有Zn²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和Al³⁺等陽(yáng)離子，濾液中加少量Zn除Cu，Cu²⁺被還原為Cu，同時(shí)Fe³⁺被還原為Fe²⁺，過濾，濾液B中主要含有Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺和Al³⁺等陽(yáng)離子，濾液B中加二氧化錳把亞鐵離子氧化為鐵離子，加ZnO或MnCO₃調(diào)解pH，F(xiàn)e³⁺和Al³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾，濾渣為氫氧化鐵和氫氧化鋁，加氫氧化鈉，氫氧化鋁溶解轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉，氫氧化鐵不溶解，過濾，濾渣為氫氧化鐵，濾液D中通過量的二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁，濾液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，電解該溶液得到Zn和二氧化錳；
（1）CuFeS₂中Cu為+2價(jià)，S為-2價(jià)，根據(jù)化合價(jià)的代數(shù)和為零可知Fe的化合價(jià)為：+2價(jià)；
故答案為：+2；
（2）鐵錳礦中含有MnO₂酸浸后溶液中為Mn²⁺，Mn元素的化合價(jià)降低，則MnO₂被還原．還原產(chǎn)物為Mn²⁺；已知氧化性：Cu²⁺＜Fe³⁺，則加入Zn還原是先與
Fe³⁺反應(yīng)生成Fe²⁺，再與置換銅離子得到Cu；
故答案為：Mn²⁺；Fe³⁺；
（3）濾液B中加二氧化錳把亞鐵離子氧化為鐵離子，其反應(yīng)的離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；調(diào)節(jié)pH時(shí)加如的物質(zhì)能消耗氫離子，但是不能引入新的雜質(zhì)，由于溶液中含有Zn²⁺、Mn²⁺，所以可以加Zn和Mn的氧化物或氫氧化物或碳酸鹽來調(diào)節(jié)pH，所以BC正確；
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；BC；
（4）濾液C中含有Zn²⁺、Mn²⁺，電解時(shí)陰極上錳離子得電子生成二氧化錳，其電極方程為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；若“酸浸”時(shí)所加入的試劑甲為鹽酸，則溶液中含有大量的氯離子，則電解時(shí)陽(yáng)極上氯離子失電子生成氯氣；
故答案為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；Cl₂；
（5）偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳生成碳酸氫鈉和氫氧化鋁沉淀，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
故答案為：NaAlO₂+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
（6）濾液C電解得到Zn、MnO₂，分離過程中用到Zn、MnO₂，所以產(chǎn)品Zn、MnO₂和H₂SO₄都可以循環(huán)利用；
故答案為：產(chǎn)品Zn、MnO₂都可以循環(huán)利用．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的分離提純操作的綜合應(yīng)用，為高考�？碱}型，把握流程中混合物分離提純、除雜及發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析、實(shí)驗(yàn)、推斷能力的綜合考查，題目難度中等，注意把握分離流程以及電解原理的應(yīng)用．