Question

3．鐵氧體可制備隱形飛機(jī)上吸收雷達(dá)波的涂料．以廢舊鋅錳電池為原料制備鋅錳鐵氧體（Mn_xZn_1-xFe₂O₄）的主要流程如圖1，請回答下列問題：

（1）堿性鋅錳電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，酸浸時二氧化錳被雙氧水還原的化學(xué)方程式為MnO₂+H₂O₂+H₂SO₄=MnSO₄+O₂↑+2H₂O；
（2）經(jīng)測定酸浸后的濾液中主要金屬陽離子有Mn²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺．除汞是以氮氣為載氣吹入濾液帶出汞蒸汽經(jīng)KMnO₄溶液吸收而實現(xiàn)的．如圖是KMnO₄溶液處于不同pH時對應(yīng)的Hg去除率變化圖2，圖中物質(zhì)為Hg與MnO₄^-在一定pH范圍內(nèi)的主要產(chǎn)物，則pH＜6時的離子反應(yīng)方程式為5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O，根據(jù)該圖，你認(rèn)為pH對汞去除率影響的變化規(guī)律是：隨pH的升高汞的吸收率先降低后增加；
（3）工藝流程中加入一定量的MnSO₄和試劑A的目的是調(diào)節(jié)溶液中Fe、Mn元素的成分，符合加熱后獲得錳鋅鐵氧化體組成；
（4）用試劑B調(diào)節(jié)pH為10.5左右，試劑B最好是①（填序號）；
①氨水   ②NaOH    ③NaHCO₃
（5）當(dāng)x=0.2時，所得到的鋅錳鐵氧體對雷達(dá)波的吸收能力特別強(qiáng)，試用氧化物的組合形式表示該鋅錳鐵氧體的組成MnO•4ZnO•5Fe₂O₃．

Answer 1

分析 （1）堿性鋅錳電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Zn在負(fù)極放電生成Zn（OH）₂；酸浸時，雙氧水被氧化生成氧氣，二氧化錳還原生成硫酸錳，反應(yīng)還有水生成；
（2）由圖可知，pH＜6時Hg與酸性高錳酸鉀反應(yīng)生成Hg²⁺、Mn²⁺；隨pH值的升高汞的去除率先降低后增加；
（3）廢電池酸浸得到濾液中液中主要金屬陽離子有Mn²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺．加入試劑A除Hg，以氮氣為載氣吹入濾液帶出汞蒸汽經(jīng)KMnO₄溶液吸收，由制備鋅錳鐵氧體（Mn_xZn_1-xFe₂O₄）可知試劑A為Fe，除汞后的濾液中含有硫酸鋅、硫酸亞鐵、硫酸錳等，不加入MnSO₄和鐵粉，進(jìn)行后續(xù)操作，也能得到錳鋅鐵氧體，而實際中加入需加入一定量的MnSO₄和鐵粉，應(yīng)是調(diào)節(jié)濾液離子的成分；
（4）氫氧化鈉可以溶解氫氧化鋅，碳酸氫鈉溶液pH值小于10.5且可以得到一些碳酸鹽沉淀；
（5）Mn為+2價、Zn為+2價，利用化合價代數(shù)和為0，計算Fe元素化合價，再結(jié)合Mg、Zn、Fe原子數(shù)目之比改寫為氧化物形式．

解答 解：（1）堿性鋅錳電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Zn在負(fù)極放電生成Zn（OH）₂，電極反應(yīng)式為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，酸浸時，雙氧水被氧化生成氧氣，二氧化錳還原生成硫酸錳，反應(yīng)還有水生成，反應(yīng)方程式為：MnO₂+H₂O₂+H₂SO₄=MnSO₄+O₂↑+2H₂O，
故答案為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；MnO₂+H₂O₂+H₂SO₄=MnSO₄+O₂↑+2H₂O；
（2）由圖可知，pH＜6時Hg與酸性高錳酸鉀反應(yīng)生成Hg²⁺、Mn²⁺，反應(yīng)離子方程式為：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O；由圖象可知，汞的吸收率隨著PH的增大先降低后增加，
故答案為：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O；隨pH的升高汞的吸收率先降低后增加；
（3）除汞后的濾液中含有硫酸鋅、硫酸亞鐵、硫酸錳、硫酸等，不加入MnSO₄和鐵粉，進(jìn)行后續(xù)操作，也能得到錳鋅鐵氧體，而實際中加入需加入一定量的MnSO₄和鐵粉，應(yīng)是調(diào)節(jié)濾液離子的成分，符合加熱后獲得錳鋅鐵氧化體組成，
故答案為：調(diào)節(jié)溶液中Fe、Mn元素的成分，符合加熱后獲得錳鋅鐵氧化體組成；
（4）氫氧化鈉可以溶解氫氧化鋅，碳酸氫鈉溶液pH值小于10.5且可以得到一些碳酸鹽沉淀，使用氨水調(diào)節(jié)pH最好，故選：①；
（5）Mn為+2價、Zn為+2價，根據(jù)化合價代數(shù)和為0，可知Fe元素化合價為+3，當(dāng)x=0.2時，該物質(zhì)的化學(xué)式可表示為Mn_0.2Zn_0.8Fe₂O₄，即Mn、Zn、Fe的原子個數(shù)之比=1：4：10，所以用氧化物形式可表示為：MnO•4ZnO•5Fe₂O₃，
故答案為：MnO•4ZnO•5Fe₂O₃．

點評 本題考查化學(xué)工藝流程、物質(zhì)的分離提純、對操作的分析評價、氧化還原反應(yīng)的有關(guān)應(yīng)用、圖象分析等，側(cè)重考查學(xué)生對知識的遷移運用，并不需要明確每一步驟的目的，結(jié)合題目問題進(jìn)行解答，物質(zhì)組成的計算、分離提純以及反應(yīng)條件的控制等化學(xué)工藝流程題是高考的靚點，化學(xué)工藝流程是“無機(jī)框圖題”的變革與創(chuàng)新．