Question

11．面對日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，“變廢為寶”是化學(xué)發(fā)展的一個重要方向．例如用廢舊酸性鋅錳干電池經(jīng)破碎后的錳粉[含MnO₂、MnO（OH）、Zn（NH₃）₂Cl₂、Fe、NH₄Cl和炭黑等]制取MnO₂及高性能磁性材料碳酸錳（MnCO₃），工藝流程如下圖所示：

沉淀物	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mn（OH）2	Zn（OH）2
沉淀開始時pH	7.5	2.2	8.8	6.5
沉淀完全時pH	9.5	3.7	10.8	8.5

根據(jù)以上信息回答問題：
（1）過濾Ⅰ得到的濾渣主要成分是碳黑．
（2）流程中氧化后加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH的范圍為8.5＜pH＜8.8，其作用是除去Fe³⁺、Zn²⁺．
（3）過濾Ⅱ后濾液中陽離子主要是Mn²⁺．
（4）過濾①中，濾液B含NH₄Cl，則生成的氣體A是CO₂．
（5）請寫出酸性鋅錳干電池生成錳粉中給出產(chǎn)物的總反應(yīng)式Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=2MnOOH+Zn（NH₃）₂Cl₂．
（6）將4.00g錳粉完全按照上述工藝流程②生產(chǎn)MnO₂，并以此測定其中錳元素的含量．
首先向制取的MnO₂中加入過量酸化的0.50mol/LH₂C₂O₄ 50.00ml，MnO₂完全溶解，并產(chǎn)生A氣體，寫出該反應(yīng)的離子方程式：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O．然后用0.1mol/LKMnO₄溶液滴定過量的H₂C₂O₄溶液（產(chǎn)物與上反應(yīng)一致），滴定終點時消耗KMnO₄溶液 30.00mL，求錳粉中的錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)是24.06%（保留2位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 錳粉[含MnO₂、MnO（OH）、Zn（NH₃）₂Cl₂、Fe、NH₄Cl和炭黑等]在濃鹽酸中加熱、浸取，發(fā)生MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O、2MnO（OH）+6HCl=2MnCl₂+Cl₂↑+3H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑等反應(yīng)，過濾后所得濾渣為碳黑，濾液中含有Mn²⁺、Fe²⁺、NH₄⁺、Zn²⁺等離子，在濾液中加入適量過氧化氫和氫氧化鈉，可將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，并生成Fe（OH）₃，控制溶液pH在8.5＜pH＜8.8之間可除去Fe³⁺、Zn²⁺，過濾后所得濾液Ⅱ主要為Mn²⁺，濾液Ⅱ中H₂O₂溶液，在一定條件下使Mn²⁺轉(zhuǎn)化成MnO₂，經(jīng)過濾、洗滌、干燥可得MnO₂，濾液Ⅱ中加入碳酸氫銨飽和溶液，發(fā)生反應(yīng)Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O，得到碳酸錳沉淀、氯化銨溶液和氣體A為CO₂，以此解答該題．

解答 解：錳粉[含MnO₂、MnO（OH）、Zn（NH₃）₂Cl₂、Fe、NH₄Cl和炭黑等]在濃鹽酸中加熱、浸取，發(fā)生MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O、2MnO（OH）+6HCl=2MnCl₂+Cl₂↑+3H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑等反應(yīng)，過濾后所得濾渣為碳黑，濾液中含有Mn²⁺、Fe²⁺、NH₄⁺、Zn²⁺等離子，在濾液中加入適量過氧化氫和氫氧化鈉，可將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，并生成Fe（OH）₃，控制溶液pH在8.5＜pH＜8.8之間可以除去Fe³⁺、Zn²⁺，過濾后所得濾液Ⅱ主要為Mn²⁺，濾液Ⅱ中H₂O₂溶液，在一定條件下使Mn²⁺轉(zhuǎn)化成MnO₂，經(jīng)過濾、洗滌、干燥可得MnO₂，濾液Ⅱ中加入碳酸氫銨飽和溶液，發(fā)生反應(yīng)Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O，得到碳酸錳沉淀、氯化銨溶液和氣體A為CO₂，
（1）根據(jù)上面的分析可知，過濾Ⅰ得到的濾渣主要成分是碳黑，
故答案為：碳黑；  
（2）流程中氧化后加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH的范圍為8.5＜pH＜8.8，其作用是除去Fe³⁺、Zn²⁺，
故答案為：除去Fe³⁺、Zn²⁺；
（3）過濾Ⅱ后濾液中陽離子主要是Mn²⁺，
故答案為：Mn²⁺；
（4）根據(jù)上面的分析可知，氣體A是 CO₂，
故答案為：CO₂；
（5）請寫出酸性鋅錳干電池生成錳粉中給出產(chǎn)物的總反應(yīng)式 Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=2MnOOH+Zn（NH₃）₂Cl₂，
故答案為：Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=2MnOOH+Zn（NH₃）₂Cl₂；
（6）MnO₂與H₂C₂O₄ 發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳離子與二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O，根據(jù)電子得失守恒可知關(guān)系式：2KMnO₄～5H₂C₂O₄，由題意可知，與H₂C₂O₄反應(yīng)的KMnO₄的物質(zhì)的量為0.1mol/L×0.03L=0.003mol，則被KMnO₄氧化的H₂C₂O₄的物質(zhì)的量為0.0075mol，H₂C₂O₄ 的總物質(zhì)的量為0.50mol/L×0.05L=0.025mol，所以與二氧化錳反應(yīng)的H₂C₂O₄ 的物質(zhì)的量為0.025mol-0.0075mol=0.0175mol，則樣品中二氧化錳的物質(zhì)的量為0.0175mol，錳粉中的錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{0.0175mol×55g/mol}{4g}$×100%=24.06%，
故答案為：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O；24.06%．

點評 本題通過MnO₂及MnCO₃的制備，考查了物質(zhì)制備實驗方案的設(shè)計方法，題目難度較大，明確制備流程及相應(yīng)的反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，試題涉及的知識點較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>