Question

14．面對日益嚴重的資源短缺及環(huán)境污染問題，“變廢為寶”成為化學發(fā)展的新方向．廢舊酸性鋅錳干電池經分離破碎后的錳粉含Mn0₂、Mn0（0H）、Zn（NH₃）CL₂、Fe、NH₄C1和炭黑等，可用于制取Mn0₂高性能磁性材料MnC0₃，其工藝流程如下：

已知幾種氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如表：

氫氧化物	Fe（OH）	Fe（OH）	Mn0H）2	Zn（OH）2
開始沉淀的pH	7.5	2.2	8.8	6.4
沉淀完全的pH	9.5	3.7	10.8	8.5

回答下列問題：
（1）過濾工得到的濾渣主要成分是碳黑．
（2）濾液經氧化后加入NaOH溶液調節(jié)pH至8.5〜8.8，其目的是除去Fe³⁺、Zn²⁺．
（3）過濾Ⅱ得到的濾液中含有的陽離子主要是Mn²⁺、NH₄⁺、Na⁺（填離子符號）．
（4）過程①中發(fā)生反應的離子方程式為Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O，對氣體A和濾液B應采取的處理方法分別是CO₂循環(huán)利用，用于生產NH₄HCO₃；濾液B中含有NH₄Cl，可分離用作氮肥．
（5）過程②得到MnO₂．將MnO₂成懸濁液，通S0₂還原可得MnSO₄，再加入Na₂CO₃或NaHCO₃，也可制備MnCO₃．SO₂還原MnO₂的化學方程式為MnO₂+S0₂=MnSO₄，向MnS0₄溶液中加入Na₂C0₃或NaHC0₃制備MnC0₃時應注意的問題是邊攪拌邊加入Na₂C0₃或NaHC0₃，并控制溶液的pH＜8.8．

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+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O、2MnO（OH）+6HCl=2MnCl₂+Cl₂↑+3H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑等反應，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⁺、NH₄⁺、Na⁺等，濾液Ⅱ中H₂O₂溶液，在一定條件下使Mn²⁺轉化成MnO₂，經過濾、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+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O、2MnO（OH）+6HCl=2MnCl₂+Cl₂↑+3H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑等反應，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⁺轉化成MnO₂，經過濾、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⁺、NH₄⁺、Na⁺，
故答案為：Mn²⁺、NH₄⁺、Na⁺；
（4）濾液Ⅱ中加入碳酸氫銨飽和溶液，發(fā)生反應Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O；氣體A是 CO₂，CO₂循環(huán)利用，可以用于生產NH₄HCO₃；濾液B中含有NH₄Cl，可分離用作氮肥；
故答案為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O；CO₂循環(huán)利用，用于生產NH₄HCO₃；濾液B中含有NH₄Cl，可分離用作氮肥；
（5）過程②得到MnO₂．將MnO₂成懸濁液，通S0₂還原可得MnSO₄，其反應方程式為：MnO₂+S0₂=MnSO₄；向MnS0₄溶液中加入Na₂C0₃或NaHC0₃制備MnC0₃，邊加邊攪拌，為了防止錳離子水解生成沉淀，溶液的pH要小于8.8；
故答案為：MnO₂+S0₂=MnSO₄；邊攪拌邊加入Na₂C0₃或NaHC0₃，并控制溶液的pH＜8.8．

點評 本題通過MnO₂及MnCO₃的制備，考查了物質制備實驗方案的設計方法，題目難度較大，明確制備流程及相應的反應原理為解答關鍵，試題涉及的知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．