Question

5．面對日益嚴重的環(huán)境問題，“變廢為寶”是化學發(fā)展的一個重要方向．例如用廢舊酸性鋅錳干電池經(jīng)破碎后的鋅粉[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溶液調節(jié)pH的范圍為8.5＜pH＜8.8，其作用是除去溶液中的Fe³⁺、Zn²⁺．
（3）過濾II后濾液中陽離子主要是Mn²⁺．
（4）過程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)物的總反應式Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH．
（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/L H₂C₂O₄ 50.00mLMnO₂完全溶解，并產(chǎn)生A氣體，寫出該反應的離子反應方程式：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂ ↑+2H₂O．
然后用0.10mol/LKMnO₄溶液滴定過量的H₂C₂O₄溶液（產(chǎn)物與上反應一致），滴定終點時消耗KMnO₄溶液30.00mL，求錳粉中的錳元素質量分數(shù)是24.1%（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↑+4H₂O、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8.5～8.8之間可除去Fe³⁺、Zn²⁺，過濾后所得濾渣為Fe（OH）₃、Zn（OH）₂，濾液Ⅱ中主要為Mn²⁺，同時濾液中有H₂O₂溶液在一定條件下能使Mn²⁺轉化成MnO₂，經(jīng)過濾、洗滌、干燥可得MnO₂，另外濾液Ⅱ中加碳酸氫銨，過濾得碳酸錳沉淀和濾液B含NH₄Cl，以及氣體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↑+4H₂O、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8.5～8.8之間可除去Fe³⁺、Zn²⁺，過濾后所得濾渣為Fe（OH）₃、Zn（OH）₂，濾液Ⅱ主要為Mn²⁺，同時濾液中有H₂O₂溶液在一定條件下能使Mn²⁺轉化成MnO₂，經(jīng)過濾、洗滌、干燥可得MnO₂，另外濾液Ⅱ中加碳酸氫銨，過濾得碳酸錳沉淀和濾液B含NH₄Cl，以及氣體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，其作用是除去溶液中的Fe³⁺、Zn²⁺，
故答案為：除去溶液中的Fe³⁺、Zn²⁺；
（3）根據(jù)上面的分析可知，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，生成的氣體A是CO₂，
故答案為：CO₂；
（5）酸性鋅錳干電池生成錳粉中給出產(chǎn)物的總反應式為Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH，
故答案為：Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=Zn（NH₃）₂Cl₂+2MnOOH；
（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/L H₂C₂O₄，50.00mL，H₂C₂O₄的物質的量為0.50mol/L×0.05L=0.025mol，Mn（OH）₂ 完全溶解，并產(chǎn)生A氣體即二氧化碳氣體，該反應的離子方程式：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂ ↑+2H₂O，然后用0.10mol/L KMnO₄溶液滴定過量的H₂C₂O₄溶液（產(chǎn)物與上反應一致），則根據(jù)電子得失守恒可知2KMnO₄～5H₂C₂O₄，滴定終點時消耗KMnO₄溶液30.00mL，則消耗的KMnO₄物質的量為0.10mol/L×0.03L=0.003mol，所以與KMnO₄反應的H₂C₂O₄的物質的量為0.003mol×$\frac{5}{2}$=0.0075mol，所以與二氧化錳反應的H₂C₂O₄的物質的量為0.025mol-.0075mol=0.0175mol，則二氧化錳的物質的量為0.0175mol，所以錳粉中的錳元素質量分數(shù)是$\frac{0.0175mol×55g/mol}{4g}$×100%=24.1%，
故答案為：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂ ↑+2H₂O；24.1%．

點評 本題考查物質的制備和分離，題目難度中等，注意根據(jù)物質的性質把握實驗原理，本題易錯點為（5），注意根據(jù)反應物和生成物結合質量守恒書寫離子方程式．