Question

5．氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療．純化工業(yè)級氧化鋅（含有Fe（Ⅱ），Mn（Ⅱ），Ni（Ⅱ）等雜質(zhì)）的流程如下：
工業(yè)ZnO$→_{①}^{稀硫酸}$浸出液$→_{適量高錳酸鉀溶液②}^{PH約為5}$$\stackrel{過濾}{→}$濾液$→_{③}^{Zn}$$\stackrel{過濾}{→}$濾液$→_{④}^{碳酸鈉}$ $\stackrel{過濾}{→}$濾餅$→_{⑤}^{煅燒}$ZnO
提示：在本實驗條件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化：高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO₂
回答下列問題：
（1）反應②發(fā)生反應的離子方程式為MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O=MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺、3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂ 5MnO₂↓+4H⁺
（2）反應④中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO₃•xZn（OH）₂．取干操后的濾餅11.2g，煅燒后可得到產(chǎn)品8.1g．則x等于1
（3）K₂FeO₄-Zn可以組成堿性電池，K₂FeO₄在電池中作為正極材料，其電極反應式為FeO₄^2-+3e^-+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-，該電池總反應的離子方程式為2FeO₄^2-+8H₂O+3Zn=2 Fe（OH）₃+3Zn（OH）₃+4OH^-．

Answer 1

分析 純化工業(yè)級氧化鋅和稀硫酸反應導致溶液中存在Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺，向浸出液中加入適量高錳酸鉀溶液并調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，Ni（Ⅱ）不能被氧化，F(xiàn)e²⁺、Mn²⁺被氧化而被除去，同時溶液中有MnO₂生成，過濾后，向濾液中加入Zn過濾，Zn和Ni²⁺發(fā)生氧化還原反應生成Ni，溶液中存在Zn²⁺，向濾液中加入碳酸鈉溶液，生成碳酸鋅沉淀，煅燒碳酸鋅沉淀生成ZnO，
（1）反應②為Fe²⁺、Mn²⁺被酸性高錳酸鉀溶液氧化的反應；
（2）ZnCO₃•xZn（OH）₂煅燒后的產(chǎn)物是ZnO，n（ZnO）=$\frac{8.1g}{81g/mol}$=0.1mol，水和二氧化碳的質(zhì)量=11.2g-8.1g=3.1g，設n[ZnCO₃•xZn（OH）₂]=ymol，
則$\left\{\begin{array}{l}{y×（1+x）=0.1}\\{44y+18xy=3.1}\end{array}\right.$
$\left\{\begin{array}{l}{x=1}\\{y=0.05}\end{array}\right.$；
（3）正極上FeO₄^2-得電子發(fā)生還原反應，負極上Zn失電子發(fā)生氧化反應，在得失電子相同條件下正負電極反應式相加即得電池反應式．

解答 解：純化工業(yè)級氧化鋅和稀硫酸反應導致溶液中存在Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺，向浸出液中加入適量高錳酸鉀溶液并調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，Ni（Ⅱ）不能被氧化，F(xiàn)e²⁺、Mn²⁺被氧化而被除去，同時溶液中有MnO₂生成，過濾后，向濾液中加入Zn過濾，Zn和Ni²⁺發(fā)生氧化還原反應生成Ni，溶液中存在Zn²⁺，向濾液中加入碳酸鈉溶液，生成碳酸鋅沉淀，煅燒碳酸鋅沉淀生成ZnO，
（1）反應②為Fe²⁺、Mn²⁺被酸性高錳酸鉀溶液氧化的反應，離子反應方程式為MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O=MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺、3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂ 5MnO₂↓+4H⁺，
故答案為：MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O=MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺；3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂ 5MnO₂↓+4H⁺；
（2）ZnCO₃•xZn（OH）₂煅燒后的產(chǎn)物是ZnO，n（ZnO）=$\frac{8.1g}{81g/mol}$=0.1mol，水和二氧化碳的質(zhì)量=11.2g-8.1g=3.1g，設n[ZnCO₃•xZn（OH）₂]=ymol，
則$\left\{\begin{array}{l}{y×（1+x）=0.1}\\{44y+18xy=3.1}\end{array}\right.$
$\left\{\begin{array}{l}{x=1}\\{y=0.05}\end{array}\right.$，
所以x=1，故答案為：1；
（3）正極上FeO₄^2-得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為FeO₄^2-+3e^-+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-，負極上Zn失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為3Zn-6e^-+6OH^-=3Zn（OH）₃，在得失電子相同條件下正負電極反應式相加即得電池反應式，電池反應式為2FeO₄^2-+8H₂O+3Zn=2 Fe（OH）₃+3Zn（OH）₃+4OH^-，
故答案為：FeO₄^2-+3e^-+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-；2FeO₄^2-+8H₂O+3Zn=2 Fe（OH）₃+3Zn（OH）₃+4OH^-．

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點，涉及原電池原理、物質(zhì)的量的計算、氧化還原反應等知識點，明確物質(zhì)的性質(zhì)及化學反應原理是解本題關鍵，難點是電極反應式書寫，題目難度中等．