Question

8．利用酸性含錳廢水（主要含Mn²⁺、Cl^-、H⁺、Fe²⁺、Cu²⁺）可制備高性能磁性材料（MnCO₃）及純凈的氯化銅晶體（CuCl₂•2H₂O）．工業(yè)流程如圖：

已知：幾種金屬離子沉淀的pH如表

金屬離子	Fe2+	Fe3+	Cu2+	Mn2+
開始沉淀的pH	7.5	3.2	5.2	8.8
完全沉淀的pH	9.7	3.7	6.4	10.4

回答下列問題：
（1）過程①中，MnO₂在酸性條件下可將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應的離子方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O
（2）過程②中，所得濾渣W的成分是Fe（OH）₃和過量的MnO₂．
（3）過程③中，調(diào)pH=6.4目的是使Cu²⁺ 完全沉淀為Cu（OH）₂．
（4）過程④中，若生成的氣體J可使澄清的石灰水變渾濁，則生成MnCO₃反應的離子方程式是Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（5）將濾渣Q溶解在過量的鹽酸中，經(jīng)過加熱濃縮，降溫結晶，過濾、洗滌、低溫烘干，即可獲得純凈的氯化銅晶體（CuCl₂•2H₂O）．
（6）過程④中，298K、c（Mn²⁺）為1.05mol/L時，實驗測得MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應時間關系如圖據(jù)圖中信息，你選擇的最佳pH是7.0；理由是pH等于7.0時反應速率最快，且MnCO₃產(chǎn)率最高．

（7）從濾液C可得到的副產(chǎn)品是NH₄Cl（填化學式）．

Answer 1

分析 酸性含錳廢水（主要含Mn²⁺、Cl^-、H⁺、Fe²⁺、Cu²⁺）加過量MnO₂，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加氨水調(diào)節(jié)pH，F(xiàn)e³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾，濾渣為Fe（OH）₃和過量的MnO₂，濾液A含有Mn²⁺、Cl^-、H⁺、Cu²⁺，加氨水調(diào)節(jié)pH=6.4，則Cu²⁺轉化為Cu（OH）₂沉淀，過濾，濾渣為Cu（OH）₂沉淀，濾液B含有Mn²⁺、Cl^-，加碳酸氫銨反應生成二氧化碳氣體、碳酸錳、氯化銨、水；
（1）MnO₂在酸性條件下可將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，結合原子守恒和電荷守恒書寫；
（2）根據(jù)流程分析判斷；
（3）調(diào)pH=6.4，除去溶液中的銅離子；
（4）濾液B含有Mn²⁺、Cl^-，加碳酸氫銨反應生成二氧化碳氣體、碳酸錳、氯化銨、水；
（5）從溶液中提取溶質(zhì)，要經(jīng)過加熱濃縮，降溫結晶，過濾、洗滌、低溫烘干；
（6）根據(jù)沉錳的圖象可知，pH越大得到的MnCO₃的產(chǎn)率越高，且需要的時間越短，且在pH=7時，有更好的效果；
（7）得到的濾液中還有大量的銨根離子和氯離子沒有反應，據(jù)此判斷副產(chǎn)品．

解答 解：酸性含錳廢水（主要含Mn²⁺、Cl^-、H⁺、Fe²⁺、Cu²⁺）加過量MnO₂，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加氨水調(diào)節(jié)pH，F(xiàn)e³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾，濾渣為Fe（OH）₃和過量的MnO₂，濾液A含有Mn²⁺、Cl^-、H⁺、Cu²⁺，加氨水調(diào)節(jié)pH=6.4，則Cu²⁺轉化為Cu（OH）₂沉淀，過濾，濾渣為Cu（OH）₂沉淀，濾液B含有Mn²⁺、Cl^-，加碳酸氫銨反應生成二氧化碳氣體、碳酸錳、氯化銨、水；
（1）MnO₂在酸性條件下可將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應的離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（2）根據(jù)流程分析可知，所得濾渣W的成分是Fe（OH）₃和過量的MnO₂；
故答案為：Fe（OH）₃和過量的MnO₂；
（3）調(diào)pH=6.4，除去溶液中的銅離子，使Cu²⁺ 完全沉淀為Cu（OH）₂；
故答案為：使Cu²⁺ 完全沉淀為Cu（OH）₂；
（4）濾液B含有Mn²⁺、Cl^-，加碳酸氫銨反應生成二氧化碳氣體、碳酸錳、氯化銨、水，其反應的離子方程式為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（5）從溶液中提取溶質(zhì)，要經(jīng)過加熱濃縮，降溫結晶，過濾、洗滌、低溫烘干；
故答案為：加熱濃縮，降溫結晶；
（6）從沉錳的圖象可以看出，在已給的幾個pH值條件下，pH越大得到的MnCO₃的產(chǎn)率越高，且需要的時間越短，且在pH=7時，有更好的效果，因此結論是pH等于7.0時反應速率最快，且MnCO₃的產(chǎn)率最高，
故答案為：7.0；pH等于7.0時反應速率最快，且MnCO₃的產(chǎn)率最高；
（7）得到的濾液中還有大量的銨根離子和氯離子沒有反應，因此可以制的副產(chǎn)品為：NH₄Cl，
故答案為：NH₄Cl．

點評 本題通過碳酸錳的制備，考查了物質(zhì)制備實驗方案的設計方法，題目難度較大，明確制備流程及相應的反應原理為解答關鍵，試題涉及的知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．