Question

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 的实验流程如下：

已知:25℃时，几种硫化物的溶度积常数如下:

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如下表所示:

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______________。

（2）在加热条件下“浸取”，其原因是__________________；浸取时生成MnSO₄和Fe₂(SO₄)₃的化学方程式为__________________________。

（3）滤渣I的成分为MnO₂、C和____________(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c(Hg²⁺)/C(Fe²⁺)=    ____________(填数值）。

（4）“氧化”时的离子方程式为____________；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____________。

Answer

蒸发皿、玻璃棒、酒精灯 加快浸取时的反应速率 9MnO2+2FeS+10H2SO4=9MnSO4+Fe2(SO4)3+10H2O HgS 4.4×10-37 2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O 3.7 ≤ pH <8.3

【解析】碳包滤渣在浸取时，FeS将其中的二氧化锰还原为可溶性的MnSO4，还可以将汞离子转化为溶度积更小的HgS过滤后除去。氧化时，将溶液中剩余的亚铁离子氧化为Fe3+。中和时，用碳酸锰调pH为3.7~8.3，使Fe3+水解为Fe(OH)3后过滤除去且不会生成Mn(OH)2沉淀,滤液中含硫酸和硫酸锰两种溶质，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥后得到了产品硫酸锰晶体。

(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”，可以加快浸取时所发生的化学反应速率；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的成分除MnO2、C之外，还有HgS；若浸取反应在25℃时进行，FeS足量，则充分浸取后溶液中的c(Hg2+)/c(Fe2+)= = = 4.4×10-37。

(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 。

点睛：本题为物质的制备实验题。物质的制备的一般步骤是：目标元素的提取、杂质离子去除、核心转化、产品的分离和提纯。在解读实验流程的过程中要牢牢把把握这条主线，所以的步骤设计都是为了提高产品的产率和纯度服务的。

本题制备的物质是一种结晶水合物，把这类受热易分解的物质从溶液中分离出来的方法一般是蒸发浓缩、降温结晶、过滤、合适的溶剂洗涤、适当的温度下干燥。