Question

【題目】堿性鋅錳電池的工作原理:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2,其中的電解質(zhì)溶液是KOH溶液。某課題組用廢舊鐵殼無(wú)汞堿性鋅錳電池為原料,制備一種新型材料MnxZn(1-x)Fe2O4,其工藝流程如圖所示:

(1)濾液A中溶質(zhì)的電子式為____________。

(2)已知MnxZn(1-x)Fe2O4中錳元素的化合價(jià)與實(shí)驗(yàn)室用二氧化錳制取氯氣時(shí)還原產(chǎn)物中錳元素的化合價(jià)相同，則鐵元素的化合價(jià)為_________。

(3)“溶渣”工序中稀硫酸與鐵反應(yīng)生成的硫酸亞鐵可將+3價(jià)錳的化合物全部還原成Mn2+，寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式:_____________________________。

(4)“調(diào)鐵”工序的目的是調(diào)整濾液中鐵離子的總濃度，使其中金屬元素的物質(zhì)的量之比與產(chǎn)品的化學(xué)式MnxZn(1-X)Fe2O4相符合。

①寫(xiě)出“調(diào)鐵"工序中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:_________________,___________________。

②若測(cè)得濾液的成分為c(Mn2+)+c(Zn2+)=amol.L-1,c(Fe2+)+c(Fe3+)=bmol.L-1，濾液體積為1m3,“調(diào)鐵”工序中，需加入的鐵粉質(zhì)量為________kg(忽略溶液體積變化，用含a、b的代數(shù)式表示)。

(5)在“氧化"工序中，加入雙氧水的目的是把Fe2+氧化為Fe3+;生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)實(shí)際消耗雙氧水的量大于理論值,其可能原因除溫度外，主要是_______________。

(6)用氨水“調(diào)pH"后,經(jīng)“結(jié)晶”“過(guò)濾”可得到產(chǎn)品和濾液C,從濾液C中還可分離出一種氮肥，該氮肥的溶液中的離子濃度由小到大的順序?yàn)?/span>_____________________。

Answer 1

【答案】 +3 MnO(OH)+Fe2++3H+=Mn2++Fe3++2H2O Fe+2Fe3+=3Fe2+ Fe+2H+=Fe2++H2↑ 112a-56b 生成的Fe3+催化了雙氧水的分解 (OH-)＜c(H+)＜c(SO42-)＜c(NH4+)

【解析】

廢舊無(wú)汞堿性鋅錳電池為原料，制備一種新型材料MnxZn(1-x)Fe2O4，廢舊電池加入水浸取過(guò)濾得到濾液A和濾渣，濾渣加入過(guò)量稀硫酸熔渣后加入鐵，稀硫酸與鐵反應(yīng)生成的硫酸亞鐵可將+3價(jià)錳的化合物全部還原成Mn2+，過(guò)濾得到濾渣B和濾液，測(cè)定濾液成分，“調(diào)鐵”工序的目的是調(diào)整溶液中鐵離子的總濃度，使其中金屬元素的物質(zhì)的量之比與產(chǎn)品的化學(xué)式MnxZn(1-x)Fe2O4相符合，加入過(guò)氧化氫氧化亞鐵離子生成鐵離子，用氨水“調(diào)pH”后，經(jīng)“結(jié)晶”“過(guò)濾”可得到產(chǎn)品和濾液C，從濾液C中還可分離出一種氮肥為硫酸銨，據(jù)此解答。

(1)濾液A中溶質(zhì)是KOH，含有離子鍵和共價(jià)鍵，電子式為。

(2)已知MnxZn(1-x)Fe2O4中錳元素的化合價(jià)與實(shí)驗(yàn)室用二氧化錳制取氯氣時(shí)的還原產(chǎn)物中的錳的化合價(jià)相同，可知Mn為+2價(jià)，鋅+2價(jià)、氧元素-2價(jià)，則根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0可知鐵元素的化合價(jià)為+3；

(3)“溶渣”工序中稀硫酸與鐵反應(yīng)生成的硫酸亞鐵可將+3價(jià)錳的化合物全部還原成Mn2+，該反應(yīng)的離子方程式為MnO(OH)+Fe2++3H+=Mn2++Fe3++2H2O。

(4)①“調(diào)鐵"工序中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑。

②n（Mn2+）+n（Zn2+）=a molL-1×1000L=1000amol，已有鐵元素bmol/L×1000L=1000bmol，由電荷守恒可知MnxZn(1-x)Fe204中含Fe2O42-為1000amol，其中鐵元素的物質(zhì)的量為1000amol×2=2000amol，還需加入鐵的物質(zhì)的量為2000amol-1000bmol，質(zhì)量為（2000amol-1000bmol）mol×56g/mol=（112a-56b）kg。

(5)在“氧化"工序中，加入雙氧水的目的是把Fe2+氧化為Fe3+，生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)實(shí)際消耗雙氧水的量大于理論值，其可能原因除溫度外，主要是生成的Fe3+催化了雙氧水的分解。

(6)用氨水“調(diào)pH”后，經(jīng)“結(jié)晶”“過(guò)濾”可得到產(chǎn)品和濾液C，從濾液C中還可分離出一種氮肥為硫酸銨，銨根離子水解溶液顯酸性，離子濃度為c(OH-)＜c(H+)＜c(SO42-)＜c(NH4+)。