Question

5．氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗．纯化工业级氧化锌（含有Fe（Ⅱ），Mn（Ⅱ），Ni（Ⅱ）等杂质）的流程如下：
工业ZnO$→_{①}^{稀硫酸}$浸出液$→_{适量高锰酸钾溶液②}^{PH约为5}$$\stackrel{过滤}{→}$滤液$→_{③}^{Zn}$$\stackrel{过滤}{→}$滤液$→_{④}^{碳酸钠}$ $\stackrel{过滤}{→}$滤饼$→_{⑤}^{煅烧}$ZnO
提示：在本实验条件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化：高锰酸钾的还原产物是MnO₂
回答下列问题：
（1）反应②发生反应的离子方程式为MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O=MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺、3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂ 5MnO₂↓+4H⁺
（2）反应④中产物的成分可能是ZnCO₃•xZn（OH）₂．取干操后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g．则x等于1
（3）K₂FeO₄-Zn可以组成碱性电池，K₂FeO₄在电池中作为正极材料，其电极反应式为FeO₄^2-+3e^-+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-，该电池总反应的离子方程式为2FeO₄^2-+8H₂O+3Zn=2 Fe（OH）₃+3Zn（OH）₃+4OH^-．

Answer 1

分析 纯化工业级氧化锌和稀硫酸反应导致溶液中存在Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺，向浸出液中加入适量高锰酸钾溶液并调节溶液的pH约为5，Ni（Ⅱ）不能被氧化，Fe²⁺、Mn²⁺被氧化而被除去，同时溶液中有MnO₂生成，过滤后，向滤液中加入Zn过滤，Zn和Ni²⁺发生氧化还原反应生成Ni，溶液中存在Zn²⁺，向滤液中加入碳酸钠溶液，生成碳酸锌沉淀，煅烧碳酸锌沉淀生成ZnO，
（1）反应②为Fe²⁺、Mn²⁺被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应；
（2）ZnCO₃•xZn（OH）₂煅烧后的产物是ZnO，n（ZnO）=$\frac{8.1g}{81g/mol}$=0.1mol，水和二氧化碳的质量=11.2g-8.1g=3.1g，设n[ZnCO₃•xZn（OH）₂]=ymol，
则$\left\{\begin{array}{l}{y×（1+x）=0.1}\\{44y+18xy=3.1}\end{array}\right.$
$\left\{\begin{array}{l}{x=1}\\{y=0.05}\end{array}\right.$；
（3）正极上FeO₄^2-得电子发生还原反应，负极上Zn失电子发生氧化反应，在得失电子相同条件下正负电极反应式相加即得电池反应式．

解答 解：纯化工业级氧化锌和稀硫酸反应导致溶液中存在Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺和Ni²⁺，向浸出液中加入适量高锰酸钾溶液并调节溶液的pH约为5，Ni（Ⅱ）不能被氧化，Fe²⁺、Mn²⁺被氧化而被除去，同时溶液中有MnO₂生成，过滤后，向滤液中加入Zn过滤，Zn和Ni²⁺发生氧化还原反应生成Ni，溶液中存在Zn²⁺，向滤液中加入碳酸钠溶液，生成碳酸锌沉淀，煅烧碳酸锌沉淀生成ZnO，
（1）反应②为Fe²⁺、Mn²⁺被酸性高锰酸钾溶液氧化的反应，离子反应方程式为MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O=MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺、3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂ 5MnO₂↓+4H⁺，
故答案为：MnO₄^-+3Fe²⁺+7H₂O=MnO₂↓+3Fe（OH）₃↓+5H⁺；3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂ 5MnO₂↓+4H⁺；
（2）ZnCO₃•xZn（OH）₂煅烧后的产物是ZnO，n（ZnO）=$\frac{8.1g}{81g/mol}$=0.1mol，水和二氧化碳的质量=11.2g-8.1g=3.1g，设n[ZnCO₃•xZn（OH）₂]=ymol，
则$\left\{\begin{array}{l}{y×（1+x）=0.1}\\{44y+18xy=3.1}\end{array}\right.$
$\left\{\begin{array}{l}{x=1}\\{y=0.05}\end{array}\right.$，
所以x=1，故答案为：1；
（3）正极上FeO₄^2-得电子发生还原反应，电极反应式为FeO₄^2-+3e^-+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-，负极上Zn失电子发生氧化反应，电极反应式为3Zn-6e^-+6OH^-=3Zn（OH）₃，在得失电子相同条件下正负电极反应式相加即得电池反应式，电池反应式为2FeO₄^2-+8H₂O+3Zn=2 Fe（OH）₃+3Zn（OH）₃+4OH^-，
故答案为：FeO₄^2-+3e^-+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-；2FeO₄^2-+8H₂O+3Zn=2 Fe（OH）₃+3Zn（OH）₃+4OH^-．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及原电池原理、物质的量的计算、氧化还原反应等知识点，明确物质的性质及化学反应原理是解本题关键，难点是电极反应式书写，题目难度中等．