Question

8．中國的錳礦石和鋅礦石產(chǎn)地在云南、廣東、青海等．軟錳礦是一種常見的錳礦石，其主要成分是MnO₂，含少量Al₂O₃和SiO₂．閃鋅礦主要成分是ZnS，含少量FeS、CuS、CdS等雜質，晶體屬于六方晶系．現(xiàn)以軟錳礦和閃鋅礦為原料制備MnO₂和Zn，其簡化流程如圖．

已知：Ⅰ．礦石中所有金屬元素在濾液A中均以離子形式存在．
Ⅱ．各種金屬離子完全沉淀的pH如表：

	Zn2+	Mn2+	Fe2+	Fe3+	Al3+
pH	8.0	10.1	9.0	3.2	4.7

回答下列問題：
（1）步驟①中MnO₂、CuS與硫酸共熱時有淡黃色物質析出，請寫出該反應的化學方程式CuS+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+MnSO₄+S+2H₂O．
（2）步驟②加入適量金屬鋅是為了回收金屬，回收金屬的主要成分是Cu、Cd．
（3）步驟③中MnO₂的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，另外一種物質X可以是AD．
A．ZnO           B．MgO         C．Cu₂（OH）₂CO₃          D．MnCO₃
（4）鋰離子電池的正極材料有多種，其中MnO₂與Li構成LiMnO₂是一種常見的正極材料．電池反應方程式為：Li_1-xMnO₂+Li_xC₆═LiMnO₂+6C，寫出該鋰離子電池的正極電極反應式Li_1-xMnO₂+xLi⁺+xe^-=LiMnO₂．
（5）已知：HCN的電離常數(shù)K=4.9×10^-10，H₂S的電離常數(shù)K₁=1.3×10^-7，K₂=7.0×10^-15，向NaCN溶液中通入少量的H₂S氣體，反應的離子方程式為CN^-+H₂S=HCN+HS^-．
在廢水處理領域中常用H₂S將Mn²⁺轉化為MnS除去，向含有0.020mol•L^-1Mn²⁺廢水中通入一定量的H₂S氣體，調節(jié)溶液的pH=a，當HS^-濃度為1.0×10^-4 mol•L^-1時，Mn²⁺開始沉淀，則a=5．[已知：K_sp（MnS）=1.4×10^-15]．

Answer 1

分析 由流程可知，軟錳礦的主要成分為MnO₂，含少量Al₂O₃和SiO₂．閃鋅礦主要成分為ZnS，含少量FeS、CuS、CdS雜質．酸浸后的過濾液中含有Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，浸取渣為SiO₂，加入鋅的主要作用是加入適量和鐵離子反應生成亞鐵離子，把銅離子轉化為銅除去，結合表格數(shù)據(jù)可知，亞鐵離子完全沉淀時溶液的pH=9，會使鋁離子反應生成偏鋁酸根離子，無法生成沉淀，錳離子與氫氧根離子反應生成氫氧化錳沉淀；鋁離子完全沉淀時溶液的pH=4.7，鐵離子完全沉淀時溶液pH=3.2，所以調節(jié)溶液的最小pH為4.7；結合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH可知，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全轉化為Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，過濾得到的濾液中含硫酸錳、硫酸鋅，電解生成二氧化錳、鋅、硫酸，
（1）步驟①中MnO₂、CuS與硫酸共熱時有淡黃色物質析出生成S；
（2）步驟②為Al³⁺、Mn ²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Cd ²⁺的酸性溶液，加入金屬鋅可以還原比鋅活潑性差的金屬離子為金屬單質；
（3）步驟③與MnO₂氧化亞鐵離子為Fe³⁺，物質X調節(jié)pH4.7～8.0，使鐵離子和鋁離子沉淀，不能引入雜質且和酸反應；
（4）電池反應方程式為：Li_1-xMnO₂+Li_xC₆=LiMnO₂+6C，據(jù)此寫出該鋰離子電池的正極電極反應式，正極得到電子發(fā)生還原反應；
（5）已知：25℃時，HCN的電離常數(shù)K=4.9×10^-10，H₂S的電離常數(shù)K₁=1.3×10^-7，K₂=7.0×10^-15，則酸性H₂S＞HCN＞HS^-，根據(jù)強酸制備弱酸，向NaCN溶液中通入少量的H₂S氣體，則NaCN+H₂S=HCN+NaHS；當Qc=K_sp（MnS）時開始沉淀，由此求出硫離子的濃度，結合此時的pH，以及Ksp=c（Mn²⁺）•c（S^2-）進行計算．

解答 解：由流程可知，軟錳礦的主要成分為MnO₂，含少量Al₂O₃和SiO₂．閃鋅礦主要成分為ZnS，含少量FeS、CuS、CdS雜質．酸浸后的過濾液中含有Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，浸取渣為SiO₂，加入鋅的主要作用是加入適量和鐵離子反應生成亞鐵離子，把銅離子轉化為銅除去，結合表格數(shù)據(jù)可知，亞鐵離子完全沉淀時溶液的pH=9，會使鋁離子反應生成偏鋁酸根離子，無法生成沉淀，錳離子與氫氧根離子反應生成氫氧化錳沉淀；鋁離子完全沉淀時溶液的pH=4.7，鐵離子完全沉淀時溶液pH=3.2，所以調節(jié)溶液的最小pH為4.7；結合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH可知，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全轉化為Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，過濾得到的濾液中含硫酸錳、硫酸鋅，電解生成二氧化錳、鋅、硫酸，
（1）步驟①中MnO₂、CuS與硫酸共熱時有淡黃色物質析出生成S，反應的化學方程式：CuS+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+MnSO₄+S+2H₂O，
故答案為：CuS+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+MnSO₄+S+2H₂O；
（2）步驟②為Al³⁺、Mn ²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Cd ²⁺的酸性溶液，加入金屬鋅得到的溶液含有Mn ²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，則鋅粉將Cu²⁺、Cd ²⁺還原為Cu、Cd；
故答案為：Cu、Cd；
（3）步驟③與MnO₂氧化亞鐵離子的反應，離子方程式MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=2Fe³⁺+Mn ²⁺+2H₂O，③中MnO₂的其作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，物質X調節(jié)pH4.7～8.0，使鐵離子和鋁離子沉淀，過濾得濾液中含有MnSO₄、ZnSO₄，則X為MnCO₃ 或Zn（OH）₂；
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；AD；
（4）電池反應方程式為：Li_1-xMnO₂+Li_xC₆=LiMnO₂+6C，正極得到電子發(fā)生還原反應，電極反應為：Li_1-xMnO₂+xLi⁺+xe^-=LiMnO₂，
故答案為：Li_1-xMnO₂+xLi⁺+xe^-=LiMnO₂；
（5）已知：25℃時，HCN的電離常數(shù)K=4.9×10^-10，H₂S的電離常數(shù)K₁=1.3×10^-7，K₂=7.0×10^-15，則酸性H₂S＞HCN＞HS^-，根據(jù)強酸制備弱酸，向NaCN溶液中通入少量的H₂S氣體，則NaCN+H₂S=HCN+NaHS，反應的離子方程式為：CN^-+H₂S=HCN+HS^-，
當Qc=K_sp（MnS）時開始沉淀，調節(jié)溶液的pH=a，H₂S電離常數(shù)：K₂=7.0×10^-15，HS^-濃度為1.0×10^-4mol•L^-1時，則K₂=$\frac{c（{S}^{2-}）c（{H}^{+}）}{c（H{S}^{-}）}$，則7.0×10^-15=$\frac{c（{S}^{2-}）×1．{0}^{-a}}{1.0×1{0}^{-4}}$，則c（S^2-）=7×10^a-19mol•L^-1，
所以Ksp=c（Mn²⁺）•c（S^2-）=7×10^a-19mol•L^-1×0.020mol•L^-1=1.4×10^-15，解得a=5，
故答案為：CN^-+H₂S=HCN+HS^-；5．

點評 本題考查學生對元素及其化合物的主要性質的掌握、書寫電極反應方程式、閱讀題目獲取新信息能力、對工藝流程的理解等，題目難度中等，需要學生具備扎實的基礎與綜合運用知識、信息分析解決問題能力．