Question

13．某学习小组利用废旧电池拆解后的碳包滤渣（含MnO₂、C、Hg²⁺ 等）制取硫酸锰晶体（ MnSO₄•H₂O  ），实验流程如下：

已知：（1）25℃时，几种硫化物的溶度积常数如下：

物质	FeS	MnS	HgS
溶度积	5×10-18	4.6×10-14	2×10-54

（2）25℃时，几种金属氢氧化物沉淀时的PH如下：

	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mn （OH）2
开始沉淀时的PH	6.3	2.7	8.3
沉淀完全时的PH	8.4	3.7	9.8

请回答下列问题：
（1）“浸取”时加热的作用是提高浸取的反应速率；
写出“浸取”时生成MnSO₄、Fe₂（SO₄）₃ 反应的离子方程式：9MnO₂+2FeS+20H⁺=9Mn²⁺+2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O．
（2）若“浸取”在25℃时进行，加入足量FeS，则FeS（s）+Hg²⁺（aq）?HgS（s）+Fe²⁺ （aq）的平衡常数K为2.5×10³⁶．
（3）过滤I过程中，需要使用的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，滤渣I的主要成分为FeS、S 和HgS和C（化学式）．
（4）“氧化”时加入MnO₂ 的作用是将Fe²⁺全部氧化为Fe³⁺，也可用H₂O₂ 代替MnO₂ ，H₂O₂ 的电子式为．
（5）“中和”过程，应该调节溶液PH为3.7≤PH＜8.3，写出该过程产生滤渣II的离子方程式：2Fe³⁺+3MnCO₃+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Mn²⁺+3CO₂↑
（6）获得MnSO₄•H₂O的“一系列操作”是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（7）1150℃时，MnSO₄•H₂O 在氩气氛围中进行焙烧的分解产物是Mn₃O₄、硫的氧化物等，分解反应的化学方程式是：3MnSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mn₃O₄+SO₂↑+2SO₃↑+3H₂0，在MnSO₄•H₂O进行焙烧时，除加热仪器外，还需要的仪器中主要成分属硅酸盐的有坩埚、泥三角．

Answer 1

分析 将碳包滤渣溶于稀硫酸中，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，
（1）升高温度，活化分子百分数增大，化学反应速率加快；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，写出离子方程式；
（2）根据溶度积数据计算平衡常数，K=$\frac{c（F{e}^{2+}）}{c（H{g}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{{K}_{sp}（HgS）}$；
（3）过滤时，需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；从硫化物的溶度积数据可以看出，加入FeS容易将Hg²⁺转化为HgS沉淀，C不溶于该溶液，且还有未反应的FeS；
（4）“氧化”过程，用MnO₂将Fe²⁺ 全部氧化为Fe³⁺，加入H₂O₂也具有氧化性，且不引进杂质离子，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；
（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值判断；
（6）从溶液中获得结晶水合物，要通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥一系列操作；
（7）根据反应物MnSO₄•H₂O在氩气氛围中进行焙烧的分解产物是Mn₃O₄、硫的氧化物等，依据化合价升降判断出生成物，并配平化学反应方程式；固体焙烧时需要的硅酸盐仪器有酒精灯、坩埚、泥三角．

解答 解：将碳包滤渣溶于稀硫酸中，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，
（1）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，写出离子方程式为9MnO₂+2FeS+20H⁺=9Mn²⁺+2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O，
故答案为：提高浸取的反应速率；9MnO₂+2FeS+20H⁺=9Mn²⁺+2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O；
（2）根据溶度积数据计算平衡常数，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，
故答案为：2.5×10³⁶；
（3）过滤时，需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；从硫化物的溶度积数据可以看出，加入FeS容易将Hg²⁺转化为HgS沉淀，C不溶于该溶液，所以滤渣1的成分为FeS、HgS和C，
故答案为：漏斗；玻璃棒；C和HgS；
（4）“氧化”过程，用MnO₂将Fe²⁺ 全部氧化为Fe³⁺，加入H₂O₂也具有氧化性，且不引进杂质离子，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，电子式为，
故答案为：将Fe²⁺ 全部氧化为Fe³⁺；；
（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，该过程产生滤渣II的离子方程式2Fe³⁺+3MnCO₃+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Mn²⁺+3CO₂↑，
故答案为：3.7≤PH＜8.3；2Fe³⁺+3MnCO₃+3H₂O=2Fe（OH）₃+3Mn²⁺+3CO₂↑；
（6）从溶液中获得结晶水合物，要通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥一系列操作，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（7）根据反应物MnSO₄•H₂O在氩气氛围中进行焙烧的分解产物是Mn₃O₄、硫的氧化物
等，依据化合价升降判断出生成物，并配平化学反应方程式为3MnSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mn₃O₄+SO₂↑+2SO₃↑+3H₂0；固体焙烧时需要的硅酸盐仪器有酒精灯、坩埚、泥三角，
故答案为：3MnSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mn₃O₄+SO₂↑+2SO₃↑+3H₂0；坩埚、泥三角．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，侧重考查学生综合分析判断及知识综合运用能力，明确流程图中发生的反应、物质分离提纯方法、物质成分及其性质是解本题关键，综合性较强，注意结合表中的数据进行分析解答，难点是判断生成沉淀所需溶液的pH值．