Question

3．利用鋅錳干電池內(nèi)的黑色固體水浸后的碳包濾渣（含MnO₂、C、Hg²⁺等）制取MnSO₄•H₂O 的實(shí)驗(yàn)流程如圖：

已知：25℃時(shí)，幾種硫化物的溶度積常數(shù)如表：

物質(zhì)	FeS	MnS	HgS
溶度積	5.0×l0-18	4.6×l0-14	2.2×l0-54

25℃時(shí)，部分金屬陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH如表所示：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2
開始沉淀的pH	2.7	7.6	8.3
完全沉淀的pH	3.7	9.7	9.8

（1）上述流程中，蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)用到的硅酸鹽材質(zhì)的儀器有蒸發(fā)皿、玻璃棒、酒精燈．
（2）在加熱條件下“浸取”，其原因是加快浸取時(shí)的反應(yīng)速率；浸取時(shí)生成MnSO₄和Fe₂（SO₄）₃的化學(xué)方程式為9MnO₂+2FeS+10H₂SO₄=9MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+10H₂O．
（3）濾渣I的成分為MnO₂、C和HgS（填化學(xué)式）；若浸取反應(yīng)在25℃時(shí)進(jìn)行，F(xiàn)eS足量，則充分浸取后溶液中的$\frac{c（H{g}_{2}^{+}）}{C（F{e}_{2}^{+}）}$=4.4×10^-37（填數(shù)值）．
（4）“氧化”時(shí)的離子方程式為2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；氧化時(shí)可用H₂O₂代替MnO₂，H₂O₂的電子式為．
（5）中和時(shí)，應(yīng)該調(diào)節(jié)溶液pH的范圍到3.7≤pH＜8.3．

Answer 1

分析 將碳包濾渣（含MnO₂、C、Hg²⁺等）溶于稀硫酸中，二氧化錳和汞離子溶于稀硫酸，C不溶于稀硫酸，向溶液中加入FeS，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，F(xiàn)eS轉(zhuǎn)化為HgS沉淀，然后過濾，得到的濾渣1中含有C、HgS且還有未反應(yīng)的FeS，二氧化錳和FeS發(fā)生氧化還原反應(yīng)9MnO₂+2FeS+20H⁺=9Mn²⁺+2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O，則得到的濾液中含有硫酸錳、硫酸鐵，向?yàn)V液中加入二氧化錳，二氧化錳具有氧化性，酸性條件下能將Fe²⁺ 全部氧化為Fe³⁺，且不引入新雜質(zhì)，然后向溶液中加入碳酸錳，調(diào)節(jié)溶液的pH值，將溶液中鐵離子完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，而錳離子不反應(yīng)，然后過濾得到的濾渣II為氫氧化鐵，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到MnSO₄•H₂O，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)用到的硅酸鹽材質(zhì)的儀器有蒸發(fā)皿、玻璃棒、酒精燈；
故答案為：蒸發(fā)皿、玻璃棒、酒精燈；
（2）用酸浸取固體，加入硫化亞鐵作還原劑，溫度低，反應(yīng)慢，故加熱提高浸取的反應(yīng)速率；浸取時(shí)反應(yīng)生成MnSO₄、Fe₂（SO₄）₃，由此可判斷出MnO₂在酸性條件下氧化FeS，根據(jù)得失電子守恒配平反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式為：9MnO₂+2FeS+10H₂SO₄=9MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+10H₂O；
故答案為：加快浸取時(shí)的反應(yīng)速率；9MnO₂+2FeS+10H₂SO₄=9MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+10H₂O；
（3）得到的濾渣1中含有C、HgS且還有未反應(yīng)的FeS，若浸取反應(yīng)在25℃時(shí)進(jìn)行，F(xiàn)eS足量，則充分浸取后溶液中的$\frac{c（H{g}^{2+}）}{c（F{e}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（HgS）}{Ksp（FeS）}$=$\frac{2.2×1{0}^{-54}}{5.0×1{0}^{-18}}$=4.4×10^-37；
故答案為：HgS；4.4×10^-37；
（4）“氧化”過程，用MnO₂將Fe²⁺ 全部氧化為Fe³⁺，發(fā)生的離子方程式為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，雙氧水分子中H、O原子之間共用一對(duì)電子，且O、O原子之間共用一對(duì)電子，電子式；
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；；
（5）將鐵離子和錳離子分離，需要將鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀而錳離子不生成沉淀，根據(jù)表中生成沉淀所需pH值知，調(diào)節(jié)溶液的pH為3.7≤PH＜8.3；
故答案為：3.7≤pH＜8.3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對(duì)工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對(duì)條件的控制選擇與理解、溶度積的計(jì)算等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．