Question

利用含錳廢水（主要含Mn²⁺、SO₄^2-、H⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Cu²⁺）可制備高性能磁性材料碳酸錳（MnCO₃）．其中一種工業(yè)流程如下：

已知某些物質(zhì)完全沉淀的pH值如下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Cu（OH）2	Mn（OH）2	CuS	MnS	MnCO3
沉淀完全時的PH	3.7	5.2	6.4	9.8	≥0	≥7	≥7

回答下列問題：
（1）若下列物質(zhì)均能把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，則過程①中可選擇加入的氧化劑是

 

．
a．Cl₂ b．MnO₂      c．濃HNO₃     d．H₂O₂
（2）過程②中，所得濾渣的成分是

 

．
（3）過程③中，攪拌的目的是

 

，發(fā)生反應的離子方程式是

 

．
（4）過程④中，若生成的氣體J可使澄清石灰水變渾濁，則生成MnCO₃反應的離子方程式是

 

．
（5）由MnCO₃可制得重要的催化劑MnO₂，MnCO₃+

1

2

O₂→MnO₂+CO₂．現(xiàn)在空氣中加熱 460.0g的MnCO₃，得到332.0g產(chǎn)品，若產(chǎn)品中雜質(zhì)只有MnO，則該產(chǎn)品中MnO₂的質(zhì)量分數(shù)是

 

．（摩爾質(zhì)量/g?：MnCO₃ 115   MnO₂ 87  MnO 71）

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：流程分析可知含錳廢水（主要含Mn²⁺、SO₄^2-、H⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Cu²⁺）加入氧化劑氧化亞鐵離子，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH沉淀鐵離子和鋁離子，過濾得到濾渣W，濾液A主要為Mn²⁺、SO₄^2-、Cu²⁺，加入硫化錳沉淀轉(zhuǎn)化生成CuS，濾液B主要是Mn²⁺、SO₄^2-，加入碳酸氫銨得到碳酸錳、二氧化碳和水；
（1）氧化亞鐵離子為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH除去，過氧化氫能氧化亞鐵離子，且不引入雜質(zhì)，二氧化錳能氧化亞鐵離子生成的錳離子是提取物質(zhì)中的離子，氯氣和硝酸會引入酸根離子；
（2）根據(jù)表中各物質(zhì)完全沉淀需要的pH判斷濾渣的主要成分；
（3）結(jié)合表中數(shù)據(jù)可知，pH≥7時硫化錳才沉淀完全，而硫化銅在pH≥0已經(jīng)沉淀完全，所以加入硫化錳目的是除去銅離子，據(jù)此寫出反應的離子方程式；
（4）根據(jù)產(chǎn)生的氣體能夠使澄清石灰水變渾濁可知，該氣體為二氧化碳，反應物為碳酸氫根離子和錳離子，反應產(chǎn)物為碳酸錳、二氧化碳氣體和水，據(jù)此寫出反應的離子方程式；
（5）460.0g MnCO₃的物質(zhì)的量為4mol，設備氧化生成二氧化錳的物質(zhì)的量為xmol，則沒有被氧化的氧化錳（4-x）mol，根據(jù)332.0g產(chǎn)品列式計算出二氧化錳的物質(zhì)的量，再計算出二氧化錳的含量．

解答： 解：（1）氧化亞鐵離子為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH除去，過氧化氫能氧化亞鐵離子，且不引入雜質(zhì)，二氧化錳能氧化亞鐵離子生成的錳離子是提取物質(zhì)中的離子，氯氣和硝酸會引入酸根離子；
故答案為：bd；
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，氫氧化鋁完成沉淀的pH為5.2，氫氧化鐵完全沉淀的pH為3.7，所以調(diào)節(jié)pH在5.2，F(xiàn)e²⁺和Al³⁺均以Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀狀態(tài)存在，即濾渣的成分為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（3）CuS在pH≥0時完全沉淀，而MnS在pH≥7時完全沉淀，所以加入MnS是為了使其中Cu²⁺產(chǎn)生CuS沉淀除去，故攪拌目的是使MnS 與 Cu²⁺快速、充分反應，反應的離子方程式：MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS↓，
故答案為：使MnS與Cu²⁺快速、充分反應；MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS↓；
（4）生成的氣體J可使澄清石灰水變渾濁，該氣體為二氧化碳，Mn²⁺和加入的HCO₃^-反應，產(chǎn)生CO₂氣體和MnCO₃沉淀，反應的離子方程式：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O；
（5）MnCO₃受熱分解為MnO，MnO部分氧化為MnO₂，產(chǎn)品中雜質(zhì)有MnO，460.0 gMnCO₃的物質(zhì)的量為：

460.0g

115g/mol

=4mol，受熱產(chǎn)生4molMnO，設產(chǎn)生MnO₂物質(zhì)的量為xmol，即有xmolMnO氧化，剩余MnO為（4-x）mol，產(chǎn)物的總質(zhì)量為：（4-x）mol×71g/mol+xmol×87g/mol=332g，解得x=3，則MnO₂的質(zhì)量分數(shù)=

3mol×87g/mol

322g

×100%=78.6%，
故答案為：78.6%．

點評：本題考查了鐵鹽和亞鐵鹽的相互轉(zhuǎn)變、常見離子的檢驗方法、難溶電解質(zhì)的溶解平衡及離子方程式的書寫，題目難度中等，解題關(guān)鍵是合理分析題中生成流程及表中離子完全沉淀時的數(shù)據(jù)的含義，試題培養(yǎng)了學生分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．