Question

8．利用酸性含锰废水（主要含Mn²⁺、Cl^-、H⁺、Fe²⁺、Cu²⁺）可制备高性能磁性材料（MnCO₃）及纯净的氯化铜晶体（CuCl₂•2H₂O）．工业流程如图：

已知：几种金属离子沉淀的pH如表

金属离子	Fe2+	Fe3+	Cu2+	Mn2+
开始沉淀的pH	7.5	3.2	5.2	8.8
完全沉淀的pH	9.7	3.7	6.4	10.4

回答下列问题：
（1）过程①中，MnO₂在酸性条件下可将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，反应的离子方程式为MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O
（2）过程②中，所得滤渣W的成分是Fe（OH）₃和过量的MnO₂．
（3）过程③中，调pH=6.4目的是使Cu²⁺ 完全沉淀为Cu（OH）₂．
（4）过程④中，若生成的气体J可使澄清的石灰水变浑浊，则生成MnCO₃反应的离子方程式是Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（5）将滤渣Q溶解在过量的盐酸中，经过加热浓缩，降温结晶，过滤、洗涤、低温烘干，即可获得纯净的氯化铜晶体（CuCl₂•2H₂O）．
（6）过程④中，298K、c（Mn²⁺）为1.05mol/L时，实验测得MnCO₃的产率与溶液pH、反应时间关系如图据图中信息，你选择的最佳pH是7.0；理由是pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO₃产率最高．

（7）从滤液C可得到的副产品是NH₄Cl（填化学式）．

Answer 1

分析 酸性含锰废水（主要含Mn²⁺、Cl^-、H⁺、Fe²⁺、Cu²⁺）加过量MnO₂，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加氨水调节pH，Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤，滤渣为Fe（OH）₃和过量的MnO₂，滤液A含有Mn²⁺、Cl^-、H⁺、Cu²⁺，加氨水调节pH=6.4，则Cu²⁺转化为Cu（OH）₂沉淀，过滤，滤渣为Cu（OH）₂沉淀，滤液B含有Mn²⁺、Cl^-，加碳酸氢铵反应生成二氧化碳气体、碳酸锰、氯化铵、水；
（1）MnO₂在酸性条件下可将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，结合原子守恒和电荷守恒书写；
（2）根据流程分析判断；
（3）调pH=6.4，除去溶液中的铜离子；
（4）滤液B含有Mn²⁺、Cl^-，加碳酸氢铵反应生成二氧化碳气体、碳酸锰、氯化铵、水；
（5）从溶液中提取溶质，要经过加热浓缩，降温结晶，过滤、洗涤、低温烘干；
（6）根据沉锰的图象可知，pH越大得到的MnCO₃的产率越高，且需要的时间越短，且在pH=7时，有更好的效果；
（7）得到的滤液中还有大量的铵根离子和氯离子没有反应，据此判断副产品．

解答 解：酸性含锰废水（主要含Mn²⁺、Cl^-、H⁺、Fe²⁺、Cu²⁺）加过量MnO₂，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加氨水调节pH，Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤，滤渣为Fe（OH）₃和过量的MnO₂，滤液A含有Mn²⁺、Cl^-、H⁺、Cu²⁺，加氨水调节pH=6.4，则Cu²⁺转化为Cu（OH）₂沉淀，过滤，滤渣为Cu（OH）₂沉淀，滤液B含有Mn²⁺、Cl^-，加碳酸氢铵反应生成二氧化碳气体、碳酸锰、氯化铵、水；
（1）MnO₂在酸性条件下可将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，反应的离子方程式为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（2）根据流程分析可知，所得滤渣W的成分是Fe（OH）₃和过量的MnO₂；
故答案为：Fe（OH）₃和过量的MnO₂；
（3）调pH=6.4，除去溶液中的铜离子，使Cu²⁺ 完全沉淀为Cu（OH）₂；
故答案为：使Cu²⁺ 完全沉淀为Cu（OH）₂；
（4）滤液B含有Mn²⁺、Cl^-，加碳酸氢铵反应生成二氧化碳气体、碳酸锰、氯化铵、水，其反应的离子方程式为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（5）从溶液中提取溶质，要经过加热浓缩，降温结晶，过滤、洗涤、低温烘干；
故答案为：加热浓缩，降温结晶；
（6）从沉锰的图象可以看出，在已给的几个pH值条件下，pH越大得到的MnCO₃的产率越高，且需要的时间越短，且在pH=7时，有更好的效果，因此结论是pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO₃的产率最高，
故答案为：7.0；pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO₃的产率最高；
（7）得到的滤液中还有大量的铵根离子和氯离子没有反应，因此可以制的副产品为：NH₄Cl，
故答案为：NH₄Cl．

点评 本题通过碳酸锰的制备，考查了物质制备实验方案的设计方法，题目难度较大，明确制备流程及相应的反应原理为解答关键，试题涉及的知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．