Question

鋅錳廢電池可回收鋅、錳元素生產(chǎn)出口飼料級硫酸鋅及碳酸錳，工藝流程分為預處理、硫酸鋅生產(chǎn)線、碳酸錳生產(chǎn)線三大部分，其中生產(chǎn)工業(yè)級碳酸錳工藝如下：

試回答下列問題
（1）硫酸鋅水溶液顯酸性，用離子方程式說明：

 

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（2）原料錳粉粗品中主要成分為MnO₂和碳，焙燒時碳被MnO₂氧化為一氧化碳，該反應的化學方程式為：

 

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（3）50-55°C向MnSO₄的母液中加入足量NH₄HCO₃，反應的化學方程式為：

 

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（4）已知三種離子沉淀的pH范圍為 Fe³⁺：2.7～3.7，Mn²⁺：8.6～10.1，F(xiàn)e²⁺：7.6～9.6．用文字和必要的方程式簡述標注的步驟②除去Fe²⁺的方法

 

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Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：原料錳粉粗品中主要成分為MnO₂和碳，焙燒時碳被MnO₂氧化為一氧化碳，碳把二氧化錳還原為一氧化錳，應氫氣還原一氧化錳得到錳單質(zhì)，從流程看，還有鐵單質(zhì)；加入硫酸生成硫酸錳、硫酸亞鐵和氫氣，碳不反應，過濾除去不溶性物質(zhì)如碳等，濾液中含亞鐵離子、錳離子．由題給離子沉淀PH可知，除亞鐵離子，需先用氧化劑氧化亞鐵離子變成鐵離子，再調(diào)節(jié)PH使鐵離子沉淀，而錳離子不沉淀，過濾后濾液中含錳離子，加入碳酸氫銨得到碳酸錳沉淀，過濾洗滌干燥得成品碳酸錳．
（1）依據(jù)鋅離子水解顯酸性分析；
（2）焙燒時碳被MnO₂氧化為一氧化碳，碳把二氧化錳還原為一氧化錳；
（3）依據(jù)流程及原子守恒結合反應特征分子推斷反應產(chǎn)物；
（4）從所給PH可知，亞鐵離子沉淀時，錳離子已沉淀，故應把亞鐵離子氧化成鐵離子，調(diào)節(jié)PH使鐵離子完全沉淀，錳離子不沉淀的溶液PH；根據(jù)離子開始沉淀和沉淀完全的PH分析回答．

解答： 解：原料錳粉粗品中主要成分為MnO₂和碳，焙燒時碳被MnO₂氧化為一氧化碳，碳把二氧化錳還原為一氧化錳，應氫氣還原一氧化錳得到錳單質(zhì)，從流程看，還有鐵單質(zhì)；加入硫酸生成硫酸錳、硫酸亞鐵和氫氣，碳不反應，過濾除去不溶性物質(zhì)如碳等，濾液中含亞鐵離子、錳離子．由題給離子沉淀PH可知，除亞鐵離子，需先用氧化劑氧化亞鐵離子變成鐵離子，再調(diào)節(jié)PH使鐵離子沉淀，而錳離子不沉淀，過濾后濾液中含錳離子，加入碳酸氫銨得到碳酸錳沉淀，過濾洗滌干燥得成品碳酸錳（1）鋅離子水解生成氫氧化鋅和氫離子，溶液呈酸性，
反應的離子方程式為：Zn²⁺+2H₂O?Zn（OH）₂+2H⁺；故答案為：Zn²⁺+2H₂O?Zn（OH）₂+2H⁺；
（2）焙燒時碳被MnO₂氧化為一氧化碳，碳把二氧化錳還原為一氧化錳，化學方程式為MnO₂+C=MnO+CO↑，
故答案為：MnO₂+C=MnO+CO↑；
（3）50-55℃向MnS0₄的母液中加入足量NH₄HC0₃，依據(jù)實驗目的得到碳酸錳，依據(jù)原子守恒得到產(chǎn)物還有：硫酸銨、二氧化碳和水，反應的方程式為：MnSO₄+2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+MnCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
故答案為：MnSO₄+2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+MnCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
（4）從所給PH可知，亞鐵離子沉淀時，錳離子已沉淀，故應把亞鐵離子氧化成鐵離子，可用過氧化氫為氧化劑．除去雜質(zhì)Fe²⁺的方法為：酸性條件下加入雙氧水，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，2Fe²⁺+2H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，調(diào)節(jié)pH至3.7-8.6，使Fe³⁺沉淀完全，F(xiàn)e³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，
故答案為：在酸性條件下加入雙氧水，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，2Fe²⁺+2H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，調(diào)節(jié)pH至3.7-8.6，使Fe³⁺沉淀完全，F(xiàn)e³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺．

點評：本題考查了物質(zhì)制備方案的設計流程分析判斷，離子性質(zhì)和檢驗的應用調(diào)節(jié)溶液PH除去雜質(zhì)離子是解題關鍵，題目難度中等．