Question

软锰矿的主要成分为MnO₂，含少量Al₂O₃和SiO₂。闪锌矿主要成分为ZnS，含少量FeS、CuS、CdS杂质。现以软锰矿和闪锌矿为原料制备MnO₂和Zn，其简化流程如下（中间产物的固体部分已经略去）。

已知： Ⅰ．矿石中所有金属元素在滤液A中均以离子形式存在。

Ⅱ．各种金属离子完全沉淀的pH如下表：

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

回答下列问题：

（1）步骤①中为了加快硫酸的浸取速率，可采用的方法是_________________（任写一种）。①中发生多个反应，其中MnO₂、FeS与硫酸共热时有淡黄色物质析出，溶液变为棕黄色，写出MnO₂、FeS与硫酸共热发生反应的化学方程式______________________。

（2）步骤②加入金属锌是为了回收金属，回收金属的主要成分是_________。

（3）步骤③中MnO₂的其作用是__________________，另外一种物质X可以是__________。

A．ZnO    B．MgCO₃    C．MnCO₃    D．Cu(OH)₂

（4）MnO₂与Li构成LiMnO₂，它可作为某锂离子电池的正极材料，电池反应方程式为： Li_1-xMnO₂+Li_xC₆=LiMnO₂+6C，写出该锂离子电池的正极电极反应式__________。

（5）已知：HCN的电离常数K=4.9×10^－10，H₂S的电离常数K₁=1.3×10^―7，K₂=7.0×10^―15，向NaCN溶液中通入少量的H₂S气体，反应的离子方程式为__________________。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^―1Mn²⁺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

将矿石粉碎、加热、搅拌等3MnO2+2FeS+6H2SO4 Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S↓+6H2OCu、Cd将Fe2+氧化为Fe3+ACLi1－xMnO2+xLi++xe－=LiMnO2CN－+H2S=HCN+HS－5

【解析】软锰矿、闪锌矿和稀硫酸混合，发生的反应有MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4+ZnSO4+S↓+2H2O、MnO2+FeS+2H2SO4=MnSO4+FeSO4+S↓+2H2O、MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O、MnO2+CdS+2H2SO4=MnSO4+CdSO4+S↓+2H2O、Al2O3+3H2SO4═Al2(SO4)3+3H2O，二氧化硅不溶于稀硫酸，然后过滤，滤液中含有MnSO4、FeSO4、CuSO4、CdSO4、Al2(SO4)3，向滤液中加入Zn，Zn能还原Cu2+、Cd2+得到Cu、Cd，过滤向滤液中加入二氧化锰和X，二氧化锰具有氧化性，能氧化还原性离子Fe2+，X能使溶液中铁离子、铝离子反应生成沉淀，则X能和氢离子反应且不能引进新的杂质；电解硫酸锌和硫酸锰溶液得到Zn、MnO2和稀硫酸；

（1）步骤①中通常通过将固体粉碎、加热、搅拌等方法，来加快硫酸的浸取速率；①中MnO2、FeS与硫酸共热时有淡黄色S物质析出，溶液变为棕黄色，说明有Fe3+生成，发生反应的化学方程式为3MnO2+2FeS+6H2SO4 Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S↓+6H2O；

（2）根据流程图中反应前后离子变化确定回收金属成分为Cu、Cd；
（3）二氧化锰具有氧化性，能氧化还原性离子亚铁离子，然后将铁离子除去；X能和氢离子反应而调节溶液的pH，且不能引进新的杂质，符合条件的有ZnO和MnCO3，一水合氨和NaOH虽然能调节溶液的pH但引进新的杂质，故答案为AC；

(4)锂离子电池的正极发生还原反应，根据电池反应Li1-xMnO2+LixC6=LiMnO2+6C，可知正极电极反应式为Li1－xMnO2+xLi++xe－=LiMnO2 ；

(5)根据HCN的电离常数K=4.9×10－10，H2S的电离常数K1=1.3×10―7，K2=7.0×10―15，可知酸性强弱顺序为HS-＜HCN＜H2S，则向NaCN溶液中通入少量的H2S气体，反应的离子方程式为CN－+H2S=HCN+HS－；当含有0.020 mol·L―1Mn2+废水中通入一定量的H2S气体，Mn2+开始沉淀时Ksp(MnS)=c（S2-）×c(Mn2+)=1.4×10―15，c（S2-）=7×10―14，此时溶液中HS―浓度为1.0×10―4 mol·L―1，K2=7.0×10―15=[c（S2-）×c(H+)]÷c（HS-），解得c(H+)=1.0×10―5，此时溶液pH=5。