Question

2．用黑钨矿[FeWO₄、MnWO₄（W为+6价）]结合其它化工生产高纯钨的化工流程如图1．已知H₂WO₄是不溶于水的弱酸，受热可分解生成氧化物．请回答下列有关问题：

（1）上述流程中通入空气的目的是氧化Fe²⁺、Mn²⁺；
（2）滤渣A为黑色，其与硫酸反应的离子方程式为Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O；
滤液A与浓盐酸反应的离子方程式为WO₄^2-+2H⁺=H₂WO₄↓；
（3）实验室用锌锰碱性电池做电源模拟氯碱工业的装置如图2：
已知：锌锰碱性电池的总反应为Zn+2MnO₂+2H₂O=Zn（OH）₂+2MnOOH，写出锌锰碱性电池正极反应式MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-；则锌锰碱性电池的锌电极应与装置中电极B（填“A”或“B”）相接，进料口A的物质为精制饱和食盐水，若锌电极消耗6.5g时产生的气体Y理论上能还原固体甲得到6.1g纯钨（保留一位小数）．[Mr（W）=184]
（4）已知单质碳也可与固体甲制得钨，用气体Y而不用单质碳的原因会引入杂质碳，会生成碳化钨；
（5）常温下，黑钨矿中FeWO₄和MnWO₄的溶度积常数分别为：K_sp（FeWO₄）=2.5×10^-12；K_sp（MnWO₄）=7.5×10^-16；欲将体积为1L含MnWO₄物质的量为0.6mol悬浊液全部转化为FeWO₄悬浊液，理论上可往MnWO₄悬浊液加入等体积一定浓度的FeCl₂溶液完成上述转化；请计算所加入FeCl₂溶液浓度为2000mol/L．（溶液混合体积变化可忽略）

Answer 1

分析 黑钨矿通入空气与氢氧化钠在熔融状态下反应生成MnO₂、Fe₃O₄、Na₂WO₄，加水溶解、过滤，滤渣A为黑色，含有MnO₂、Fe₃O₄，加入硫酸，Fe₃O₄溶解，滤渣C为MnO₂，可用于锌锰碱性电池，滤液A含有Na₂WO₄，加入盐酸可生成H₂WO₄沉淀，灼烧生成WO₃，滤液B含有NaCl，电解饱和食盐水生成氢气，可与WO₃反应生成W，
（1）上述流程中通入空气可氧化Fe²⁺、Mn²⁺；
（2）滤渣A含有MnO₂、Fe₃O₄，加入硫酸，Fe₃O₄溶解；滤液A中含有WO₄^2-，与氢离子反应生成H₂WO₄沉淀；
（3）锌锰碱性电池的正极上二氧化锰得电子生成MnOOH；电解饱和食盐水，石墨为阳极，铁为阴极，锌锰碱性电池的锌电极应与装置中电极B相连，氢气在阴极生成，从出口B出来，且阴极生成氢氧化钠，从进料口A加入的物质为精制饱和食盐水；根据电子守恒计算；
（4）单质碳也可与固体WO₃制得钨，但易引入杂质碳；
（5）根据K_sp（FeWO₄）=c（Fe²⁺）•c（WO₄^2-）=2.5×10^-12，结合亚铁离子的浓度计算即可．

解答 解：黑钨矿通入空气与氢氧化钠在熔融状态下反应生成MnO₂、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Na₂WO₄，加水溶解、过滤，滤渣A含有MnO₂、Fe₃O₄，加入硫酸，Fe₃O₄溶解，滤渣C为MnO₂，可用于锌锰碱性电池，滤液A含有Na₂WO₄，加入盐酸可生成H₂WO₄沉淀，灼烧生成WO₃，滤液B含有NaCl，电解饱和食盐水生成氢气，可用于高温下与WO₃反应生成W，
（1）上述流程中通入空气可氧化Fe²⁺、Mn²⁺，故答案为：氧化Fe²⁺、Mn²⁺；
（2）滤渣A含有MnO₂、Fe₃O₄，加入硫酸，Fe₃O₄溶解，反应的离子方程式为Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺4H₂O；滤液A中含有WO₄^2-，与氢离子反应生成H₂WO₄沉淀，反应的离子方程式为：WO₄^2-+2H⁺=H₂WO₄↓；
故答案为：Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺4H₂O；WO₄^2-+2H⁺=H₂WO₄↓；
（3）锌锰碱性电池的正极上二氧化锰得电子生成MnOOH，则电池正极反应式为MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-，电解饱和食盐水，石墨为阳极，铁为阴极，锌锰碱性电池的锌电极应与装置中电极B相连，氢气在阴极生成，从出口B出来，且阴极生成氢氧化钠；从进料口A加入的物质为精制饱和食盐水，
根据电子守恒可知，Zn～2e^-～H₂～$\frac{1}{3}$WO₃ ～$\frac{1}{3}$W
                 65                $\frac{1}{3}$×184
                 6.5g               m（W）
则m（W）=$\frac{6.5g×\frac{1}{3}×184}{65}$=6.1g，
故答案为：MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-；B；精制饱和食盐水；6.1；
（4）单质碳也可与固体WO₃制得钨，但易引入杂质碳，且生成碳化钨，故答案为：会引入杂质碳，会生成碳化钨；
（5）根据K_sp（FeWO₄）=c（Fe²⁺）•c（WO₄^2-）=2.5×10^-12，K_sp（MnWO₄）=7.5×10^-16，体积为1L含MnWO₄物质的量为0.6mol，则溶液中c（WO₄^2-）=$\frac{7.5×1{0}^{-16}}{0.6}$=1.25×10^-15，c（Fe²⁺）=$\frac{Ksp}{c（W{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-12}}{1.25×1{0}^{-15}}$=2000mol/L，
故答案为：2000．

点评 本题主要考查工业制备流程、金属的冶炼、化学计算，为高考高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力、计算能力的考查，综合性强，注意把握实验的流程和原理，难度中等．