Question

某工厂用软锰矿（主要成分是MnO₂，含少量Al₂O₃和SiO₂）和闪锌矿（主要成分是ZnS，含少量FeS、CuS等杂质）为原料制备MnO₂和Zn（干电池原料），其简化流程如下：

已知：反应Ⅰ中所有金属元素均以离子形式存在。回答下列问题：

（1）滤渣1中除了SiO₂以外，还有一种淡黄色物质，该物质是由MnO₂、CuS与硫酸共热时产生的，请写出该反应还原产物的化学式____。

（2）反应Ⅱ中加入适量金属锌的目的是为了回收某种金属，请写出该反应的离子方程式______。

（3）反应Ⅲ中X可以是______。（填字母代号）它的作用是______。

a．MgO           b．Zn(OH)₂         c．Cu₂(OH)₂CO₃          d．MnCO₃

（4）反应Ⅳ中电极均是惰性电极，写出阴极电极反应式_______________。

（5）已知：H₂S的电离常数K₁=1.0×10⁻⁷，K₂=7.0×10⁻¹⁵。0.1 mol/L NaHS的pH__7(填“＞”“＝”或“＜”），理由是____。

（6）在废水处理领域中常用H₂S将Mn²⁺转化为MnS除去，向含有0.020 mol·L⁻¹ Mn²⁺废水中通入一定量的H₂S气体，调节溶液的pH=a，当HS⁻浓度为1.0×10⁻⁴ mol·L⁻¹时，Mn²⁺开始沉淀，则a=_____。[已知：K_sp(MnS)=1.4×10⁻¹⁵]

Answer

MnSO4 Cu2＋＋Zn＝Cu+ Zn2＋ bd 增大溶液的pH，使 Fe3+ 和Al3+生成沉淀 Zn2++2e−＝Zn ＞ HS-的水解常数=10－14 /10－7=10-7，10-7＞7.0×10−15，水解程度大于电离程度，溶液显碱性，pH＞7 5

【解析】

（1）MnO2、CuS与硫酸共热发生氧化还原反应生成硫单质，根据化合价升降规律判断还原产物；

（2）根据流程图，反应Ⅱ中加入适量金属锌置换出了金属铜；

（3）根据流程图，反应Ⅲ中加入X的目的是调节溶液pH使 Fe3+ 和Al3+生成沉淀；

（4）反应Ⅳ中，阴极发生还原反应生成金属锌；

（5）NaHS溶液中HS-既能水解又能电离，根据水解和电离常数判断溶液的酸碱性；

（6）调节溶液的pH=a，当HS−浓度为1.0×10−4 mol·L−1时，Mn2+开始沉淀，根据Ksp(MnS)=1.4×10−15可计算S2−浓度，再根据计算氢离子浓度，最后得出a值。

（1）MnO2、CuS与硫酸共热发生氧化还原反应生成MnSO4、CuSO4、S、H2O，CuS中硫元素化合价升高，氧化产物是S单质，锰元素由+4价降低为+2，所以还原产物是MnSO4；

（2）根据流程图，反应Ⅱ中加入适量金属锌置换出了金属铜，反应的离子方程式是Cu2＋＋Zn＝Cu+ Zn2＋；

（3）根据流程图，反应Ⅲ中加入X的目的是增大溶液的pH使Fe3+和Al3+生成沉淀；a．若加入MgO，引入杂质Mg2+，故不选A；b．若加入Zn(OH)2，能调节pH且不引入杂质，故选b；c．若加入Cu2(OH)2CO3，引入杂质Cu2+，故不选c；d．若加入MnCO3，能调节pH且不引入杂质，故选d。

（4）反应Ⅳ中，阴极发生还原反应生成金属锌，阴极电极反应式是Zn2++2e−＝Zn；

（5）NaHS溶液中HS-既能水解又能电离，HS-的电离常数是7.0×10−15，HS-的水解常数是，水解大于电离，溶液呈碱性pH＞7；

（6）含有0.020 mol·L−1 Mn2+废水，Mn2+开始沉淀时S2-的浓度是7×10−14，此时HS−浓度为1.0×10−4 mol·L−1，根据，，所以a=5。