Question

17．锌锰废电池可回收锌、锰元素生产硫酸锌及碳酸锰，其中生产碳酸锰的主要工艺如下：

试回答下列问题：
（1）硫酸锌水溶液显酸性，用离子方程式说明Zn²⁺+2H₂O?Zn（OH）₂+2H⁺．
（2）原料锰粉粗品中主要成分为MnO₂和炭，在过程①焙烧时反应的化学方程式为MnO₂+C═MnO+CO↑，该反应的氧化产物是CO，每生成44.8L（标准状况下）气体时转移电子数为4N_A．
（3）在50～55℃时向过程③中MnSO₄的母液中加入足量NH₄HCO₃，有气体生成，其化学方程式为：MnSO₄+2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+MnCO₃↓+H₂O+CO₂↑．
（4）已知三种离子沉淀的pH范围为Fe³⁺：2.7～3.7． Mn²⁺：8.6～10.1，Fe²⁺：7.6～9.6．下表是上述过程②中除去Fe²⁺的模拟操作方法，请完成下表内容：

实验操作	离子方程式
步骤1：取少量滤液于试管中，加入过量酸化的H2O2溶液，振荡．	2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
步骤2：将pH调到3.7～8.6，使Fe3+沉淀完全．	Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+

Answer 1

分析 原料锰粉粗品的主要成分为MnO₂和碳，焙烧时碳被MnO₂氧化为一氧化碳，碳把二氧化锰还原为一氧化锰，通入氢气还原一氧化锰得到锰单质，加入硫酸生成硫酸锰、硫酸亚铁，过滤，滤液中含亚铁离子、锰离子．由题给离子沉淀PH可知，除亚铁离子，需先用氧化剂氧化亚铁离子变成铁离子，再调节PH使铁离子沉淀，而锰离子不沉淀，过滤后滤液中含锰离子，加入碳酸氢铵得到碳酸锰沉淀，过滤洗涤干燥得成品碳酸锰，
（1）依据锌离子水解显酸性分析；
（2）根据化学方程式为MnO₂+C═MnO+CO↑，可知，碳被二氧化锰氧化成CO，在该反应中每转移1molCO，反应中转移2mol电子，据此计算；
（3）根据流程可知，在50～55℃时向过程③中MnSO₄的母液中加入足量NH₄HCO₃，生成碳酸锰及气体应为二氧化碳，根据元素守恒书写化学方程式；
（4）调节溶液PH使铁离子完全沉淀，锰离子不沉淀的溶液PH；根据离子开始沉淀和沉淀完全的PH分析回答．

解答 解：原料锰粉粗品的主要成分为MnO₂和碳，焙烧时碳被MnO₂氧化为一氧化碳，碳把二氧化锰还原为一氧化锰，通入氢气还原一氧化锰得到锰单质，加入硫酸生成硫酸锰、硫酸亚铁，过滤，滤液中含亚铁离子、锰离子．由题给离子沉淀PH可知，除亚铁离子，需先用氧化剂氧化亚铁离子变成铁离子，再调节PH使铁离子沉淀，而锰离子不沉淀，过滤后滤液中含锰离子，加入碳酸氢铵得到碳酸锰沉淀，过滤洗涤干燥得成品碳酸锰，
（1）锌离子水解生成氢氧化锌和氢离子，溶液呈酸性，反应的离子方程式为：Zn²⁺+2H₂O?Zn（OH）₂+2H⁺，
故答案为：Zn²⁺+2H₂O?Zn（OH）₂+2H⁺；
（2）根据化学方程式为MnO₂+C═MnO+CO↑，可知，碳被二氧化锰氧化成CO，所以反应的氧化产物是CO，在该反应中每生成1molCO，反应中转移2mol电子，所以生成44.8L（标准状况下）即2mol气体时转移电子数为4N_A，
故答案为：CO；4；
（3）50-55℃向MnS0₄的母液中加入足量NH₄HC0₃，依据实验目的得到碳酸锰，依据原子守恒得到产物还有：硫酸铵、二氧化碳和水，反应的方程式为：MnSO₄+2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+MnCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
故答案为：MnSO₄+2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+MnCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
（4）三种离子沉淀的pH范围为Fe³⁺：2.7～3.7，Mn²⁺：8.6～10.1，Fe²⁺：7.6～9.6．过程②是除去亚铁离子的方法，加入氧化剂过氧化氢盐亚铁离子为铁离子，调节溶液PH在3.7～8.6，铁离子完全沉淀，锰离子不沉淀，达到分离杂质的目的；过氧化氢氧化亚铁离子的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；3.7～8.6．

点评 本题考查了物质制备方案的设计流程分析判断，离子性质和检验的应用调节溶液PH除去杂质离子是解题关键，题目难度中等．