元素化合物綜合題之錳和鋅及其化合物-學(xué)案

1、元素化合物綜合題之鎰和鋅及其化合物、鎰及其化合物1、鎰副族的基本性質(zhì)VHB族包括鎰、得和銖三個(gè)元素。其中只有鎰及其化合物有很大實(shí)用價(jià)值。同其它副族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律一樣，從Mn到Re高氧化態(tài)趨向穩(wěn)定。低氧化態(tài)則相反，以Mn2+為最穩(wěn)定。2、鎰及其化合物(1)鎰鎰是活潑金屬，在空氣中表面生成一層氧化物保護(hù)膜。鎰在水中，因表面生成氫氧化鎰沉淀而阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。鎰和強(qiáng)酸反應(yīng)生成Mn(II)鹽和氫氣。(1和冷濃H2SO4反應(yīng)很慢(鈍化)。(2)鎰(II)的化合物在酸性介質(zhì)中Mn2+很穩(wěn)定。但在堿性介質(zhì)中Mn(II)極易氧化成Mn(IV)化合物。Mn(OH)2為白色難溶物，Ksp=4.0>101

2、4,極易被空氣氧化，甚至溶于水中的少量氧氣也能將其氧化成褐色MnO(OH)2沉淀。2Mn(OH)2+O2=2MnO(OH)2JMn2+在酸性介質(zhì)中只有遇強(qiáng)氧化劑(NH4)2S2O8、NaBiO3、PbO?、H5IO6時(shí)才被氧化。2+_2_一_2.+2Mn+5s2O8+8H2O=2MnO4+10SO4+16H2Mn2+5NaBiO3+14H+=2MnO1+5Bi3+5Na+7H2O(3)鎰(IV)的化合物最重要的Mn(IV)化合物是MnO2,二氧化鎰在中性介質(zhì)中很穩(wěn)定，在堿性介質(zhì)中傾向于轉(zhuǎn)化成鎰(V1)酸鹽；在酸性介質(zhì)中是一個(gè)強(qiáng)氧化劑，傾向于轉(zhuǎn)化成Mn2+O2MnO2+2H2SO4(濃)=2Mn

3、SO4+02T+2HOMnO2+4HCl(濃)=MnCl2+Cl2T+2HO簡(jiǎn)單的Mn(IV)鹽在水溶液中極不穩(wěn)定，或水解生成水合二氧化鎰MnO(OH)2,或在濃強(qiáng)酸中的和水反應(yīng)生成氧氣和Mn(II)。(4)鎰(VI)的化合物最重要的Mn(VI)化合物是鎰酸鉀&MnO4。在熔融堿中MnO2被空氣氧化生成MnO%。2MnO2+O2+4KOH=2K2MnO4(深綠色)+2H2O在酸性、中性及弱堿性介質(zhì)中，K2MnO4發(fā)生歧化反應(yīng)：3K2MnO4+2H2O=2KMnO4+MnO2+4KOH鎰酸鉀是制備高鎰酸鉀(KMnO4)的中間體。2MnO2-+2H2O電|2MnO4+2OH+H2T(5)鎰

4、(VII)的化合物KMnO4是深紫色晶體，是強(qiáng)氧化劑。和還原劑反應(yīng)所得產(chǎn)物因溶液酸度不同而異。例如和SO2反應(yīng)：酸性2MnO1+5SO2：6H+=2Mn2+5So4-+3H2O近中性2MnO1+3S027H2O=2MnO2+3S04-+20H堿性：2MnO+SO3r20H=2MnO4-+S04-+H2OMnO/堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定：4MnO廠+40H=4MnO4-+O2+2H20KMnO4晶體和冷濃H2SO4作用，生成綠褐色油狀Mn2O7,它遇有機(jī)物即燃燒，受熱爆炸分解：2KMnO4+H2SO4(濃)=Mn2O7+K2SO4+H2O2Mn2O7=302+4MnO2例1(2015課標(biāo)n)(14分)酸

5、性鋅鎰干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周?chē)翘挤?，MnO?,ZnCl2和NH4CI等組成的糊狀填充物，該電池在放電過(guò)程產(chǎn)生MnOOH,回收處理該廢電池可得到多種化工原料，有關(guān)數(shù)據(jù)下表所示：溶解度/(g/100g水)溫度/c化合物020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614回答下列'可題:化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值“-1710“-1710-3910(1)該電池的正極反應(yīng)式為,電池反應(yīng)的離子方程式為：(2)維持電流強(qiáng)度為0.5A,電池工作五分鐘，理論上消耗

6、Zng。(已經(jīng)F=96500C/mol)(3)廢電池糊狀填充物加水處理后，過(guò)濾，濾液中主要有ZnCl2和NH4CI,二者可通過(guò)分離回收;濾渣的主要成分是MnO2、和,欲從中得到較純的MnO2,最簡(jiǎn)便的方法是,其原理是。(4)用廢電池的鋅皮制備ZnS047H2O的過(guò)程中，需去除少量雜質(zhì)鐵，其方法是：加稀硫酸和H2O2溶解,鐵變?yōu)?，加堿調(diào)節(jié)至pH為時(shí)，鐵剛好完全沉淀(離子濃度小于1X10-5mol/L時(shí)，即可認(rèn)為該離子沉淀完全)；繼續(xù)加堿調(diào)節(jié)至pH為時(shí)，鋅開(kāi)始沉淀(假定Zn2+濃度為0.1mol/L)。若上述過(guò)程不加H2O2后果是,原因是。例2.(2014四川)(16分)污染物的有效去除和資源的充

7、分利用是化學(xué)造福人類(lèi)的重要研究課題。某化學(xué)研究小組利用軟鎰礦(主要成分為MnO2,另含有少量的鐵、鋁、銅、饃等金屬化合物)作脫硫劑，通過(guò)如下簡(jiǎn)化流程既脫除燃煤尾氣中的SO2,又制得電池材料MnO2(反應(yīng)條件已略去)1F稀硫礴化的軟銃礦漿過(guò)謔MnCOg除鐵鋁含雜質(zhì)的血。4怖過(guò)謔請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)上述流程脫硫?qū)崿F(xiàn)了(選填下列字母編號(hào))。A.廢棄物的綜合利用B.白色污染的減少C.酸雨的減少(2)用MnCO3能除去溶液中Al”和Fe3+,其原因是(3)已知：25C、101kpa時(shí),Mn(s)+O2(g)=MnO2(s)AH=-520kJ/molS(s)+O2(g)=SO2(g)AH=-297kJ/

8、molMn(s)+S(s)+2O2(g)=MnSO4(s)AH=-1065kJ/molSO2與MnO2反應(yīng)生成無(wú)水MnSO4的熱化學(xué)方程式是。(4) MnO2可作超級(jí)電容器材料。用惰性電極電解MnSO,溶液可制得MnO2,其陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是(5) MnO2是堿性鋅鎰電池的正極材料。堿性鋅鎰電池放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式是c(6)假設(shè)脫除的SO2只與軟鎰礦漿中的MnO?反應(yīng)。按照?qǐng)D示流程，將am3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)含SO2的體積分?jǐn)?shù)為b%的尾氣通入礦漿，若SO2的脫除率為89.6%,最終得到MnO2的質(zhì)量為ckg,則除去鐵、鋁、銅、饃等雜質(zhì)時(shí)，所引入的鎰元素相當(dāng)于MnO2kg。例3.(2016課標(biāo)I)

9、高鎰酸鉀(KMnO4)是一種常用氧化劑，主要用于化工、防腐及制藥工業(yè)等。以軟鎰礦(主要成分為MnO2)為原料生產(chǎn)高鎰酸鉀的工藝路線如下：氫JUt#軟管T電解法81歧化法-fKMnO,回答下列問(wèn)題：HE1,HJ).*而世少量的|地鎘銬鐵氧體*(MihZni-rFO(1)原料軟鎰礦與氫氧化鉀按1：1的比例在烘炒鍋”中混配，混配前應(yīng)將軟鎰礦粉碎，其作用是請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(4) MnxZni-xFe2O4中鐵元素化合價(jià)為+3,則鎰元素的化合價(jià)為。(5)活性鐵粉除汞時(shí)，鐵粉的作用是(填氧化劑”或還原劑”)。(6)酸浸時(shí)，MnO2與H2SO4、H2O2反應(yīng)的離子方程式為。(7)除汞是以氮?dú)鉃檩d氣吹入濾液中

10、，帶出汞蒸氣經(jīng)KMnO4溶液進(jìn)行吸收而實(shí)現(xiàn)的。在恒溫下不同pH時(shí)，KMnO4溶液對(duì)Hg的單位時(shí)間去除率及主要產(chǎn)物如圖2所示：寫(xiě)出pH=10時(shí)KMnO4溶液吸收汞蒸氣的離子方程式。在強(qiáng)酸性環(huán)境中汞的單位時(shí)間去除率高，其原因除氫離子濃度增大使KMnO4溶液的氧化性增強(qiáng)外，還可能是。二、鋅及其化合物1 .鋅單質(zhì)(1)鋅在含有CO2的潮濕空氣中很快變暗，生成一層堿式碳酸鋅，它是一層較緊密的保護(hù)膜：4Zn+2O2+3H2O+CO2=ZnCO33Zn(OH)2鋅在加熱條件下，可以與絕大多數(shù)非金屬反應(yīng)，在1273K時(shí)鋅在空氣中燃燒生成氧化鋅。(2)鋅粉與硫磺共熱可形成硫化鋅：Zn+S-ZnS(可用作白色顏料

11、，與BaSO,混合稱(chēng)為鋅銀白)(3)鋅既可以與非氧化性的酸反應(yīng)又可以與氧化性的酸反應(yīng)，鋅與鋁相似，都是兩性金屬，能溶于強(qiáng)堿溶液中：Zn+2NaOH+2H2O=Na2Zn(OH)4+H2T鋅和鋁又有區(qū)別，鋅溶于氨水形成氨配離子，而鋁不溶于氨水形成配離子：Zn+4NH3+2H2O=Zn(NH3)42+H2T+20H2 .鋅的化合物Zn2+無(wú)色，故一般化合物也無(wú)色。如ZnS(白色、難溶)ZnI2(無(wú)色、易溶)。Zn2+溶液中加適量堿，發(fā)生如下反應(yīng)：Zn2+2OH=Zn(OH)2J白色)，Zn(OH)2為兩性，既可溶于酸又可溶于堿。受熱脫水變?yōu)閆nO。3 .鋅的存在和冶煉(1)自然界中存在閃鋅礦ZnS

12、、菱鋅礦ZnCO3、紅鋅礦ZnO等。島溫(2)冶煉閃鋅礦：2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2TZnO+COZn+CO2高溫冶煉菱鋅礦：ZnCO3+2CZn+3COT例1.(2014海南)(14分)鋅是一種應(yīng)用廣泛的金屬，目前工業(yè)上主要采用濕法”工藝冶煉鋅。某含鋅礦的主要成分為ZnS(還含少量FeS等其他成分)，以其為原料冶煉鋅的工藝流程如圖所示：含塵煙氣一凈化、制酸硝化鋅碗由一晨出液慢出潼一回收利用+底|一國(guó)S電筒前積|一鋅濾池一回收利用回答下列問(wèn)題：(1)硫化鋅精礦的焙燒在氧氣氣氛的沸騰爐中進(jìn)行，所產(chǎn)生焙砂的主要成分的化學(xué)式為O(2)焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的含塵煙氣可凈化制酸，該酸可用于后續(xù)的操彳

13、.(3)浸出液凈化”過(guò)程中加入的主要物質(zhì)為，其作用是。(4)電解沉積過(guò)程中的陰極采用鋁板，陽(yáng)極采用Pb-Ag合金惰性電極，陽(yáng)極逸出的氣體是。(5)改進(jìn)的鋅冶煉工藝，采用了氧壓酸浸”的全濕法流程，既省略了易導(dǎo)致空氣污染的焙燒過(guò)程，又可獲得一種有工業(yè)價(jià)值的非金屬單質(zhì)。氧壓酸浸”中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為(6)我國(guó)古代曾采用火法”工藝冶煉鋅。明代宋應(yīng)星著的天工開(kāi)物中有關(guān)于升煉倭鉛”的記載：爐甘石十斤，裝載入一泥罐內(nèi)，然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發(fā)火煨紅，冷淀，毀罐取出，即倭鉛也?！痹摕掍\工藝過(guò)程主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(注：爐甘石的主要成分為碳酸鋅，倭鉛是指金屬鋅)例2.(2013II卷27

14、)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(jí)氧化鋅(含有Fe(II)、Mn(II)、Ni(II)等雜質(zhì))的流程如圖所示：工業(yè)工口。一于理:出液適量高鎘最鉀溶液口漉液邈漉灌漉餅,ZnO提示：在本實(shí)驗(yàn)條件下，Ni(II)不能被氧化；高鎰酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)反應(yīng)中除掉的雜質(zhì)離子是,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為;在加高鎰酸鉀溶液前，若pH較低，對(duì)除雜的影響是。(2)反應(yīng)的反應(yīng)類(lèi)型為,過(guò)濾得到的濾渣中，除了過(guò)量的鋅外還有。(3)反應(yīng)形成的沉淀要用水洗，檢查沉淀是否洗滌干凈的方法是(4)反應(yīng)中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3?xZn(OH)2.取干燥后的濾餅11.2g,鍛燒后

15、可得到產(chǎn)品8.1g,則x等于例3.硫化鋅(ZnS)是一種重要的化工原料，難溶于水，可由煉鋅的廢渣鋅灰制取t其工藝流程如下圖所示。(1)為提高鋅灰的浸取率，可采用的方法是(填序號(hào))。研磨多次浸取升高溫度加壓攪拌(2)步驟n所得濾渣中的物質(zhì)是(寫(xiě)化學(xué)式)。(3)步驟出中可得Cd單質(zhì)，為避免引入新的雜質(zhì)，試劑b應(yīng)為。(4)步驟IV還可以回收Na2SO4來(lái)制取Na2S。檢驗(yàn)ZnS固體是否洗滌干凈的方法是Na2s可由等物質(zhì)的量的Na2SO4和CH4在高溫、催化劑條件下制取?；瘜W(xué)反應(yīng)方式為已知Na2SO470H2O及Na2SO4的溶解度隨溫度變化曲線如圖。從濾液中得到NazSO470H2。的操作方法是.(

16、5)若步驟n加入的ZnCO3為bmol,步驟出所得Cd為dmol,最后得到VL、物質(zhì)的量濃度為cmol/L的Na2SO4溶液。則理論上所用鋅灰中含有鋅元素的質(zhì)量為。例4.2Zn(OH)2?ZnCO3是制備活性ZnO的中間體，以鋅焙砂(主要成分為ZnO,含少量Cu2+、Mn2+等離子)為原料制備2Zn(OH)2?ZnCO3的工藝流程如下：請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)當(dāng)(NH4)2SO4,NH3H2O的混合溶液中存在c(NH4+)=2c(SO42-)時(shí)，溶液呈(填酸"、堿”或中”)性。(2)浸取”時(shí)為了提高鋅的浸出率，可采取的措施是(任寫(xiě)一種)。(3)浸取”時(shí)加入的NH3H2O過(guò)量，生成MnO

17、2的離子方程式為。(4)適量S2-能將Cu2+等離子轉(zhuǎn)化為硫化物沉淀而除去，若選擇ZnS進(jìn)行除雜，是否可行？用計(jì)算說(shuō)明原因：。已知：Ksp(ZnS)=1.610-24,Ksp(CuS)=1.3KO-36(5)沉鋅”的離子方程式為。(6)過(guò)濾3”所得濾液可循環(huán)使用，其主要成分的化學(xué)式是。(2)平爐”中發(fā)生的化學(xué)方程式為。(3)平爐”中需要加壓，其目的是。(4)將K2MnO4轉(zhuǎn)化為KMnO4的生產(chǎn)有兩種工藝。CO2歧化法”是傳統(tǒng)工藝，即在K2MnO4溶液中通入CO2氣體，使體系呈中性或弱酸性，K2MnO4發(fā)生歧化反應(yīng)，反應(yīng)中生成K2MnO4、”門(mén)。2和(寫(xiě)化學(xué)式)。電解法”為現(xiàn)代工藝，即電解K2M

18、nO4水溶液，電解槽中陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)為,陰極逸出的氣體是。電解法”和CO2歧化法”中，K2MnO4的理論利用率之比為。(5)高鎰酸鉀純度的測(cè)定：稱(chēng)取1.0800g樣品，溶解后定容于100mL容量瓶中，搖勻。取濃度為0.2000molL-1的H2c2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL,加入稀硫酸酸化，用KMnO4溶液平行滴定三次，平均消耗的體積為24.48mL,該樣品的純度為(列出計(jì)算式即可，已知2MnO4+5H2c2O4+6H+=2Mn2+10CO2T+8HO)。例4.將廢舊鋅鎰電池處理得到含鎰混合物，既能減少它對(duì)環(huán)境的污染，又能實(shí)現(xiàn)廢電池的資源化利用。I.回收二氯化鎰：將廢舊鋅鎰電池處理，得到含鎰混合物，向該混合物加入濃鹽酸并加熱。(1)寫(xiě)出MnO(OH)與濃鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：。n.鎰回收新方法：向含鎰混合物加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不斷攪拌至無(wú)氣泡為止，其主要反應(yīng)為：2MnOOH+MnO2+2H2c2O4