Question

【題目】某地有軟錳礦（主要成分 MnO2，含少量 SiO2 和 Al2O3）和閃鋅礦（主要成分 ZnS，含少量 FeS、CuS 和 CdS）兩座礦山。綜合利用的工藝如下，主產品是通過電解獲得的鋅和二氧化錳,副產品為硫磺、少量金屬銅和鎘。生產中除礦石外，只需購入少量的硫酸和純堿。

(1)以 FeS 為例，寫出生成硫磺的反應方程式____。

(2)回收的硫磺可用于制取石硫合劑：在反應器內加水使石灰消解，然后加足量水，在攪拌下把硫磺粉慢慢倒入，升溫熬煮，使硫發生歧化反應，先得到白色渾濁液，進一步反應得粘稠狀深棕色液體，并殘留少量固體雜質。制備中先得到的白色渾濁物是________________，殘留的固體雜質可能是_________________。

(3)寫出物質 A 和 B的化學式_____、_____。

(4)不在濾液Ⅱ中直接加入 Na2CO3 的原因是_____。

(5)電解時的陰極材料為_____，陽極的電極反應式為_______________。

(6)已知 H2CO3 的 Ka1=4×10-7，Ka2=5×10-11，則濃度均為 0.5mol/L 的 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液的 pH 約為___________(lg4=0.6，lg5=0.7），溶液中含碳微粒的濃度從大到小的順序為_____向此溶液中不斷滴加 1mol/L 稀 HCl 時，溶液中 c(CO32-)的變化曲線如下圖所示，請在圖中畫出溶液中其它含碳微粒濃度變化的曲線。_________________________

Answer 1

【答案】3MnO2+2FeS+6H2SO4=3MnSO4+Fe2（SO4）3+2S↓+6H2O CaSO3 CaCO3 或（和）CaSO4 Zn MnO2 防止帶入 Na+等雜質 純鋅（或 Zn） Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+ 10.3 HCO3-＞CO32-＞H2CO3（或CO2）

【解析】

（1）步驟①中，軟錳礦、閃鋅礦粉與硫酸溶液共熱時析出硫的反應為氧化還原反應，例如：MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4+ZnSO4+S↓+2H2O，MnO2在酸性溶液中分別和CuS和FeS發生反應的化學方程式：MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O、MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2（SO4）3+3MnSO4+2S↓+6H2O；

（2）硫發生歧化反應，生成低價硫化物如CaS等和高價硫的含氧酸鹽如CaSO3、及其氧化產物CaSO4等；

（3）濾液1中加入金屬鋅是為了回收金屬，回收金屬的主要成份為Cu、Cd；物質B中MnO2，其作用是將Fe2＋氧化為Fe3＋；

（4）再加入Zn（OH）2等再調節溶液pH，使Fe3＋、Al3＋轉化為沉淀而除去，并且不能引入雜質，另外物質可以是Zn（OH）2、Mn（OH）2、ZnCO3、MnCO3等難溶固體；故不用Na2CO3 的原因是防止帶入 Na+等雜質；

（5）陽極Mn2+失電子發生氧化反應，生成MnO2；

（6）0.5mol/L 的 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液中,CO32-水解大于HCO3-，據此可以判定混合液中離子濃度大小關系；Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液顯堿性，以碳酸鈉水解為主，根據水解平衡常數、碳酸的Ka2可以計算出c（OH-），進而求出c（H+），從而求出pH；Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液不斷滴加 1mol/L 稀 HCl 時，先發生CO32-+H+=HCO3-，再發生HCO3-+H+=H2CO3，溶液中 c(CO32-)的變化曲線如下圖所示，濃度先增大后變小，據此畫圖。

（1）MnO2在酸性溶液與FeS反應生成硫酸鐵、硫酸錳、S與水，生成硫磺的反應方程式3MnO2+2FeS+6H2SO4=3MnSO4+Fe2（SO4）3+2S↓+6H2O。

故答案為：3MnO2+2FeS+6H2SO4=3MnSO4+Fe2（SO4）3+2S↓+6H2O；

（2）在反應器內加水使石灰溶解，然后加足量水，在攪拌下把硫磺粉慢慢倒入，升溫熬煮，使硫發生歧化反應，生成低價硫化物如CaS等和高價硫的含氧酸鹽如CaSO3、及其氧化產物CaSO4等，先得到白色渾濁液，進一步反應得粘稠狀深棕色液體，并殘留少量固體雜質。制備中先得到的白色渾濁物是CaSO3 ，殘留的固體雜質可能是 CaCO3 或（和）CaSO4。

故答案為：CaSO3 ； CaCO3 或（和）CaSO4；

（3）濾液1中加入金屬鋅是為了回收金屬，回收金屬的主要成份為Cu、Cd；物質B中MnO2，其作用是將Fe2＋氧化為Fe3＋；物質 A 和 B的化學式 Zn、MnO2。

故答案為： Zn；MnO2；

（4）再加入Zn（OH）2等再調節溶液pH，使Fe3＋、Al3＋轉化為沉淀而除去，并且不能引入雜質，不在濾液Ⅱ中直接加入 Na2CO3 的原因是防止帶入 Na+等雜質。

故答案為：防止帶入 Na+等雜質；

（5）電解時的陰極材料為純鋅（或 Zn），陽極Mn2+失電子發生氧化反應，生成MnO2，陽極的電極反應式為：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。

故答案為：純鋅（或 Zn）；Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+ ；

（6）已知 H2CO3 的 Ka1=4×10-7，Ka2=5×10-11，得的水解常數為: ，則濃度均為 0.5mol/L 的 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液中c(HCO3-)=c(CO32-)，即c（OH-）==2×10-4，pH=-lg5×10-11=10+lg2=10.3；0.5mol/L 的 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合溶液中,CO32-水解大于HCO3-電離，溶液中含碳微粒的濃度從大到小的順序為；HCO3-＞CO32-＞H2CO3（或CO2）；向此溶液中不斷滴加 1mol/L 稀 HCl 時，先發生CO32-+H+=HCO3-，再發生HCO3-+H+=H2CO3，溶液中 c(CO32-)的變化曲線如下圖所示，濃度先增大后變小，H2CO3在CO32-+H+=HCO3-后逐漸增大 ，其含碳微粒濃度變化的曲線。；

故答案為：10.3；HCO3-＞CO32-＞H2CO3（或CO2）；