Question

工业上主要采用软锰矿和闪锌矿联合生产MnO₂和锌。软锰矿主要成分为MnO₂；还含少量Al₂O₃和SiO₂杂质。闪锌矿主要成分为ZnS，还含少量FeS、CuS杂质。现用稍过量的软锰矿和闪锌矿为原料，经过一系列处理后分别在两个电极生成产品“MnO₂和锌”。工艺流程如下：

已知：Ⅰ：金属硫化物、硫酸、二氧化锰三者发生的反应均是氧化还原反应。

例如：MnO₂+ZnS+2H₂SO₄MnSO₄+ZnSO₄+S+2H₂O.

Ⅱ：4X^-+Mn²⁺MnX₄^2-，X^-不参与电极反应。Zn²⁺与X^-不反应。

Ⅲ：各种金属离子完全沉淀的pH如下表：

	Zn^2+	Mn^2+	Fe^2+	Fe^3+	A1^3+
pH	8.0	10.1	9.0	3.2	4.7

回答下列问题：

（1）操作I的名称是_____________________。

（2）物质C是MnO₂和ZnO的混合物。加入物质C充分作用后，过滤，所得固体的成分是________(用化学式表示)。

（3）电解溶液D的装置如下图所示，两个电极都是惰性电极。

①硫酸钠的作用是________________________。

②b电极的电极反应式是______________________。a电极的电极反应式是_______________________。

（4）若一定质量的闪锌矿中含1.76kgFeS，则在上述流程中1.76kgFeS消耗MnO₂的质量为_______kg。

（5）现有0.4mol/L Mn(NO₃)₂、 0.8mol/LZn(NO₃)₂的混合溶液100mL，向该混合液中逐滴加入Na₂S溶液，当MnS沉淀一定程度时，测得c(Mn²⁺)=2.0×10^-3 mol/L，则此时c(Zn²⁺)=________[已知K_sp(ZnS)=1.3×10^-24，K_sp(MnS)=2.6×10^-13]

Answer

过滤 Al(OH)3和Fe(OH)3 增强溶液的导电性 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ Zn2+ +2e- = Zn 2.61 1.0×10-14mol/L

【解析】由题中信息可知，向软锰矿和闪锌矿中加入硫酸发生氧化还原反应，过滤后得到的固体A为单质S和SiO2，溶液A中含有Mn2+、Zn2+、Al3+、Fe3+、Cu2+、H+等，向溶液A中加入金属锌得到酸性溶液B，说明溶液A中的H+未完全反应，则Zn只和Fe3+、Cu2+、H+反应，所得固体B为Cu，溶液B中含有Mn2+、Zn2+、Al3+、Fe2+、H+等，向溶液B中加入物质C，C为MnO2和ZnO的混合物，在酸性条件下MnO2将Fe2+氧化成Fe3+，调节溶液pH，Al3+、Fe3+生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，过滤后除去，将滤液浓缩后加入试剂NaX得溶液D，电解得产品MnO2和锌。

(1). 将固体A和溶液A分离的操作为过滤，故答案为：过滤；

(2). 由上述分析可知，向溶液B中加入物质C调节溶液pH，可以将Al3+、Fe3+生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀而除去，故答案为：Al(OH)3和Fe(OH)3；

(3). ①. 电解时加入少量硫酸钠，可以增强溶液的导电性，故答案为：增强溶液的导电性；

②. 由电解装置图可知，b为电解池的阳极，Mn2+在阳极失电子生成MnO2，电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，a为电解池的阴极，Zn2+在阴极得电子生成单质Zn，电极反应式为Zn2+ +2e- = Zn，故答案为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；Zn2+ +2e- = Zn；

(4). 根据题中信息可知，酸性条件下FeS与MnO2发生的化学方程式为：3MnO2＋2FeS＋6H2SO4=Fe2(SO4)3＋3MnSO4＋2S＋6H2O，根据反应方程式有：3MnO2～2FeS，则1.76kgFeS消耗MnO2的质量为： = 2.61kg，故答案为：2.61；

(5). 向Mn(NO3)2、Zn(NO3)2的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液，当MnS沉淀一定程度时，测得c(Mn2+)=2.0×10-3 mol/L，则溶液中c(S2－)= =mol/L=1.3×10-10 mol/L，此时c(Zn2+)==mol/L=1.0×10-14mol/L，故答案为：1.0×10-14mol/L。