Question

3．利用锌锰干电池内的黑色固体水浸后的碳包滤渣（含MnO₂、C、Hg²⁺等）制取MnSO₄•H₂O 的实验流程如图：

已知：25℃时，几种硫化物的溶度积常数如表：

物质	FeS	MnS	HgS
溶度积	5.0×l0-18	4.6×l0-14	2.2×l0-54

25℃时，部分金属阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2
开始沉淀的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，蒸发实验操作时用到的硅酸盐材质的仪器有蒸发皿、玻璃棒、酒精灯．
（2）在加热条件下“浸取”，其原因是加快浸取时的反应速率；浸取时生成MnSO₄和Fe₂（SO₄）₃的化学方程式为9MnO₂+2FeS+10H₂SO₄=9MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+10H₂O．
（3）滤渣I的成分为MnO₂、C和HgS（填化学式）；若浸取反应在25℃时进行，FeS足量，则充分浸取后溶液中的$\frac{c（H{g}_{2}^{+}）}{C（F{e}_{2}^{+}）}$=4.4×10^-37（填数值）．
（4）“氧化”时的离子方程式为2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；氧化时可用H₂O₂代替MnO₂，H₂O₂的电子式为．
（5）中和时，应该调节溶液pH的范围到3.7≤pH＜8.3．

Answer 1

分析 将碳包滤渣（含MnO₂、C、Hg²⁺等）溶于稀硫酸中，二氧化锰和汞离子溶于稀硫酸，C不溶于稀硫酸，向溶液中加入FeS，根据表中数据知，FeS转化为HgS沉淀，然后过滤，得到的滤渣1中含有C、HgS且还有未反应的FeS，二氧化锰和FeS发生氧化还原反应9MnO₂+2FeS+20H⁺=9Mn²⁺+2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O，则得到的滤液中含有硫酸锰、硫酸铁，向滤液中加入二氧化锰，二氧化锰具有氧化性，酸性条件下能将Fe²⁺ 全部氧化为Fe³⁺，且不引入新杂质，然后向溶液中加入碳酸锰，调节溶液的pH值，将溶液中铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀，而锰离子不反应，然后过滤得到的滤渣II为氢氧化铁，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶得到MnSO₄•H₂O，据此分析解答．

解答 解：（1）蒸发实验操作时用到的硅酸盐材质的仪器有蒸发皿、玻璃棒、酒精灯；
故答案为：蒸发皿、玻璃棒、酒精灯；
（2）用酸浸取固体，加入硫化亚铁作还原剂，温度低，反应慢，故加热提高浸取的反应速率；浸取时反应生成MnSO₄、Fe₂（SO₄）₃，由此可判断出MnO₂在酸性条件下氧化FeS，根据得失电子守恒配平反应，化学反应方程式为：9MnO₂+2FeS+10H₂SO₄=9MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+10H₂O；
故答案为：加快浸取时的反应速率；9MnO₂+2FeS+10H₂SO₄=9MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+10H₂O；
（3）得到的滤渣1中含有C、HgS且还有未反应的FeS，若浸取反应在25℃时进行，FeS足量，则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；
故答案为：HgS；4.4×10^-37；
（4）“氧化”过程，用MnO₂将Fe²⁺ 全部氧化为Fe³⁺，发生的离子方程式为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，双氧水分子中H、O原子之间共用一对电子，且O、O原子之间共用一对电子，电子式；
故答案为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；；
（5）将铁离子和锰离子分离，需要将铁离子转化为沉淀而锰离子不生成沉淀，根据表中生成沉淀所需pH值知，调节溶液的pH为3.7≤PH＜8.3；
故答案为：3.7≤pH＜8.3．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．