Question

工業上常以軟錳礦、閃鋅礦(除主要成分為MnO₂、ZnS外還含有少量的FeS、CuS、Al₂O₃等物質)為原料制取Zn和MnO₂。
（1）已知將MnO₂、ZnS浸在硫酸溶液中有少量黃色物質析出，寫出并配平該化學反應方程式：                                                     。
（2）在酸浸的過程中還會發生以下反應：
a. 3MnO₂ +2FeS +6H₂SO₄＝3MnSO₄ +Fe₂(SO₄)₃+2S+ 6H₂O
b. MnO₂+CuS+4H₂SO₄＝MnSO₄+CuSO₄+S+2H₂O      
c. Al₂O₃+3H₂SO₄＝Al₂(SO₄)₃+3H₂O
將酸浸所得的酸性溶液按以下的工業流程進行操作處理得溶液(Ⅳ)，電解溶液(Ⅳ)即得MnO₂和Zn。

①操作①中加Zn粉后發生反應的離子方程式為：Zn+2H⁺＝Zn²⁺+H₂↑、
Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu、                             。
②操作②中加入適量X的作用是：                         。
③操作③中所加碳酸鹽的化學式是：                 。
（3）為了從上述流程中產生的Fe(OH)₃ 、Al(OH)₃沉淀混合物中回收Al(OH)₃，某化學興趣小組設計了如下兩種方案圖。
方案Ⅰ

方案Ⅱ

①方案Ⅰ中，AlCl₃溶液和NaAlO₂溶液反應生成Al(OH)₃的離子方程式為：
                                。若總共得到n molAl(OH)₃，則消耗的NaOH和HCl的理論量分別為：               mol、               mol。
②從消耗酸堿的用量角度考慮，方案  　 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)所消耗的酸堿少些。

Answer 1

（1）MnO₂ +ZnS +2H₂SO₄＝MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O(2分)
（2）①Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺(2分)　②將Fe²⁺氧化成Fe³⁺ (2分) ③MnCO₃或ZnCO₃或MnCO₃和ZnCO₃(2分) 
（3）① Al^3＋＋3AlO₂^－＋6H₂O＝4Al(OH)₃ ↓(2分)； 3n/4(1分)、3n/4 (1分)②Ⅰ(1分)

試題分析：（1）由信息將MnO₂、ZnS浸在硫酸溶液中有少量黃色物質S析出，故MnO₂+ZnS+2H₂SO₄＝MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O。
（2）從電解溶液(Ⅳ)即得MnO₂和Zn可知反應①中的Mn²⁺置換出來，故①中還有Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺；②后面得到Fe(OH)₃沉淀，說明X是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺的氧化劑；為了不引進新雜質，調節溶液pH的最好用MnCO₃或ZnCO₃。
（3）方案I的最終反應是AlCl₃＋3NaAlO₂＋6H₂O＝4Al(OH)₃↓+3NaCl，可以得出①Al^3＋＋3AlO₂^－＋6H₂O＝4Al(OH)₃↓；因4Al(OH)₃↓~3NaCl~3NaOH~3HCl，故總共得到n molAl(OH)₃，則消耗的NaOH和HCl的理論量都 3n/4mol。