Question

【題目】鋅錳干電池是很古老的一次性電池，它的生產原料主要有軟錳礦和閃鋅礦。已知閃鋅礦中含ZnS約80%，F(xiàn)eS、CuS、SiO2共約7%，其余為水分；軟錳礦中含MnO2約a%，SiO2約20%，Al2O3約4%，其余為水分�？蒲腥藛T開發(fā)了綜合利用軟錳礦和閃鋅礦的同槽酸浸工藝，工藝流程如下圖所示。

請回答下列問題：

(1)反應I需不斷攪拌，目的是____________________________。

(2)檢驗反應I的濾液中含有Fe3+的試劑為____________；寫出反應I中由FeS生成Fe3+的離子方程式____________________________________。

(3)反應Ⅱ加入適量鋅的作用是__________________；反應III中MnO2的作用是________________。

(4)已知ZnCO3、MnCO3的Ksp分別為1.4×10-10、2.2×10-11；要使反應IV之后的溶液中Zn2+、Mn2+濃度均降到1.0×10-6mol/L，則溶液中殘留的CO32-濃度至少為__________mol/L。

(5)圖是Na2SO4和Na2SO410H2O的溶解 度曲線(g/100g水)，則Ⅳ中得到Na2SO4固體的操作是：將分離出MnCO3和ZnCO3后的濾液________→__________→ 用乙醇洗滌→干燥。用乙醇洗滌而不用水洗的原因是_________________________________________。

Answer 1

【答案】加快反應速率，提高原料利用率。 KSCN(或苯酚) 2FeS+3MnO2+12H+ =2Fe3+ +2S+3Mn2+ +6H2O 將溶液中的Cu2+還原成Cu 將Fe2+氧化成Fe3+ 1.4×10-4 蒸發(fā)結晶 趁熱過濾 防止Na2SO4固體轉化為Na2SO410H2O，并防止Na2SO4因溶于水而損耗

【解析】

（1）反應I是閃鋅礦、軟錳礦在硫酸中的溶解過程，攪拌是為了加快反應速率，提高原料利用率；

（2）溶液中是否含有Fe3+，檢驗試劑一般選擇KSCN(或苯酚)；反應I中由FeS和MnO2在酸性溶液中反應生成Fe3+、H2O、S、Mn2+；

（3）由圖可知，反應Ⅱ加入適量鋅有銅析出，故反應Ⅱ是將溶液中的Cu2+還原為Cu；反應III中加入MnO2，將Fe2+氧化成Fe3+，最終生成Fe(OH)3沉淀；

（4）欲使Zn2+、Mn2+濃度均降到1.0×10-6mol/L，依據(jù)ZnCO3、MnCO3溶度積常數(shù)，可求CO32-濃度；

（5）由圖像溶解度曲線變化可知，Na2SO4的溶解度，在溫度較高時，隨溫度升高而降低，而Na2SO410H2O的溶解度，隨溫度升高而升增大，欲得到Na2SO4晶體，應采取加熱蒸發(fā)溶劑使Na2SO4結晶析出，并趁熱過濾；因Na2SO4在乙醇中難于溶解，所以用乙醇而不用水洗滌，即防止Na2SO4和水作用生成Na2SO410H2O，又能防止Na2SO4因溶于水而損耗。

（1）反應I是閃鋅礦、軟錳礦在硫酸中的溶解過程，攪拌是為了加快反應速率，提高原料利用率；

本題答案為：加快反應速率，提高原料利用率。

（2）Fe3+遇到KSCN溶液變成血紅色，F(xiàn)e3+遇到苯酚溶液顯紫色，故欲檢驗I的濾液中含有Fe3+的試劑為：KSCN(或苯酚)；反應I中由FeS和MnO2在酸性溶液中反應生成Fe3+、H2O、S、Mn2+，反應的的離子方程式為：2FeS+3MnO2+12H+ =2Fe3+ +2S+3Mn2+ +6H2O；

本題答案為：KSCN(或苯酚)、2FeS+3MnO2+12H+ =2Fe3+ +2S+3Mn2+ +6H2O。

（3）由圖可知，反應Ⅱ加入適量鋅有銅析出，故反應Ⅱ是將溶液中的Cu2+還原為Cu；反應III中加入MnO2，將Fe2+氧化成Fe3+，最終生成Fe(OH)3沉淀；

本題答案為：將溶液中的Cu2+還原成Cu；將Fe2+氧化成Fe3+。

（4）欲使Zn2+、Mn2+濃度均降到1.0×10-6mol/L，根據(jù)ZnCO3的Ksp=1.4×10-10，即c(Zn2+)c(CO32-)=1.4×10-10，求得：c(CO32-)=1.4×10-10÷（1.0×10-6）=1.4mol/L，同理可求使Mn2+沉淀，當Mn2+濃度均降到1.0×10-6mol/L時，c(CO32-)=2.2mol/L，所以溶液中殘留的CO32-濃度至少為1.4mol/L ；

本題答案為：1.4。

（5）由圖像溶解度曲線變化可知，Na2SO4的溶解度，在溫度較高時，隨溫度升高而降低，而Na2SO410H2O的溶解度，隨溫度升高而升增大，欲得到Na2SO4晶體，應采取加熱蒸發(fā)溶劑使Na2SO4結晶析出，并趁熱過濾；因Na2SO4在乙醇中難于溶解，所以用乙醇洗滌即防止Na2SO4和水作用生成Na2SO410H2O，又能防止Na2SO4因溶于水而損耗；

本題答案為：蒸發(fā)結晶 、趁熱過濾、防止Na2SO4固體轉化為Na2SO410H2O，并防止Na2SO4因溶于水而損耗。