Question

13．某學(xué)習(xí)小組利用廢舊電池拆解后的碳包濾渣（含MnO₂、C、Hg²⁺ 等）制取硫酸錳晶體（ MnSO₄•H₂O  ），實(shí)驗(yàn)流程如下：

已知：（1）25℃時(shí)，幾種硫化物的溶度積常數(shù)如下：

物質(zhì)	FeS	MnS	HgS
溶度積	5×10-18	4.6×10-14	2×10-54

（2）25℃時(shí)，幾種金屬氫氧化物沉淀時(shí)的PH如下：

	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mn （OH）2
開(kāi)始沉淀時(shí)的PH	6.3	2.7	8.3
沉淀完全時(shí)的PH	8.4	3.7	9.8

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）“浸取”時(shí)加熱的作用是提高浸取的反應(yīng)速率；
寫(xiě)出“浸取”時(shí)生成MnSO₄、Fe₂（SO₄）₃ 反應(yīng)的離子方程式：9MnO₂+2FeS+20H⁺=9Mn²⁺+2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O．
（2）若“浸取”在25℃時(shí)進(jìn)行，加入足量FeS，則FeS（s）+Hg²⁺（aq）?HgS（s）+Fe²⁺ （aq）的平衡常數(shù)K為2.5×10³⁶．
（3）過(guò)濾I過(guò)程中，需要使用的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，濾渣I的主要成分為FeS、S 和HgS和C（化學(xué)式）．
（4）“氧化”時(shí)加入MnO₂ 的作用是將Fe²⁺全部氧化為Fe³⁺，也可用H₂O₂ 代替MnO₂ ，H₂O₂ 的電子式為．
（5）“中和”過(guò)程，應(yīng)該調(diào)節(jié)溶液PH為3.7≤PH＜8.3，寫(xiě)出該過(guò)程產(chǎn)生濾渣II的離子方程式：2Fe³⁺+3MnCO₃+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Mn²⁺+3CO₂↑
（6）獲得MnSO₄•H₂O的“一系列操作”是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥．
（7）1150℃時(shí)，MnSO₄•H₂O 在氬氣氛圍中進(jìn)行焙燒的分解產(chǎn)物是Mn₃O₄、硫的氧化物等，分解反應(yīng)的化學(xué)方程式是：3MnSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mn₃O₄+SO₂↑+2SO₃↑+3H₂0，在MnSO₄•H₂O進(jìn)行焙燒時(shí)，除加熱儀器外，還需要的儀器中主要成分屬硅酸鹽的有坩堝、泥三角．

Answer 1

分析 將碳包濾渣溶于稀硫酸中，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(guò)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(guò)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，
（1）升高溫度，活化分子百分?jǐn)?shù)增大，化學(xué)反應(yīng)速率加快；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)，寫(xiě)出離子方程式；
（2）根據(jù)溶度積數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)，K=$\frac{c（F{e}^{2+}）}{c（H{g}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{{K}_{sp}（HgS）}$；
（3）過(guò)濾時(shí)，需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒；從硫化物的溶度積數(shù)據(jù)可以看出，加入FeS容易將Hg²⁺轉(zhuǎn)化為HgS沉淀，C不溶于該溶液，且還有未反應(yīng)的FeS；
（4）“氧化”過(guò)程，用MnO₂將Fe²⁺ 全部氧化為Fe³⁺，加入H₂O₂也具有氧化性，且不引進(jìn)雜質(zhì)離子，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；
（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值判斷；
（6）從溶液中獲得結(jié)晶水合物，要通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥一系列操作；
（7）根據(jù)反應(yīng)物MnSO₄•H₂O在氬氣氛圍中進(jìn)行焙燒的分解產(chǎn)物是Mn₃O₄、硫的氧化物等，依據(jù)化合價(jià)升降判斷出生成物，并配平化學(xué)反應(yīng)方程式；固體焙燒時(shí)需要的硅酸鹽儀器有酒精燈、坩堝、泥三角．

解答 解：將碳包濾渣溶于稀硫酸中，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(guò)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(guò)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，
（1）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)，寫(xiě)出離子方程式為9MnO₂+2FeS+20H⁺=9Mn²⁺+2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O，
故答案為：提高浸取的反應(yīng)速率；9MnO₂+2FeS+20H⁺=9Mn²⁺+2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O；
（2）根據(jù)溶度積數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)，K=$\frac{c（F{e}^{2+}）}{c（H{g}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{{K}_{sp}（HgS）}$=$\frac{5×1{0}^{-18}}{2×1{0}^{-54}}$=2.5×10³⁶，
故答案為：2.5×10³⁶；
（3）過(guò)濾時(shí)，需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒；從硫化物的溶度積數(shù)據(jù)可以看出，加入FeS容易將Hg²⁺轉(zhuǎn)化為HgS沉淀，C不溶于該溶液，所以濾渣1的成分為FeS、HgS和C，
故答案為：漏斗；玻璃棒；C和HgS；
（4）“氧化”過(guò)程，用MnO₂將Fe²⁺ 全部氧化為Fe³⁺，加入H₂O₂也具有氧化性，且不引進(jìn)雜質(zhì)離子，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，電子式為，
故答案為：將Fe²⁺ 全部氧化為Fe³⁺；；
（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，該過(guò)程產(chǎn)生濾渣II的離子方程式2Fe³⁺+3MnCO₃+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Mn²⁺+3CO₂↑，
故答案為：3.7≤PH＜8.3；2Fe³⁺+3MnCO₃+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Mn²⁺+3CO₂↑；
（6）從溶液中獲得結(jié)晶水合物，要通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥一系列操作，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（7）根據(jù)反應(yīng)物MnSO₄•H₂O在氬氣氛圍中進(jìn)行焙燒的分解產(chǎn)物是Mn₃O₄、硫的氧化物
等，依據(jù)化合價(jià)升降判斷出生成物，并配平化學(xué)反應(yīng)方程式為3MnSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mn₃O₄+SO₂↑+2SO₃↑+3H₂0；固體焙燒時(shí)需要的硅酸鹽儀器有酒精燈、坩堝、泥三角，
故答案為：3MnSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mn₃O₄+SO₂↑+2SO₃↑+3H₂0；坩堝、泥三角．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生綜合分析判斷及知識(shí)綜合運(yùn)用能力，明確流程圖中發(fā)生的反應(yīng)、物質(zhì)分離提純方法、物質(zhì)成分及其性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，綜合性較強(qiáng)，注意結(jié)合表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解答，難點(diǎn)是判斷生成沉淀所需溶液的pH值．