Question

工業(yè)上，常用FeSO₄-H₂SO₄溶液浸出法從廢舊干電池中回收錳制備硫酸錳，既有效解決廢舊電池對環(huán)境的污染，又得到了有實際應用意義的錳資源．其工藝流程圖如下：（電池的組成為：Zn皮、碳包、Fe殼、碳棒及其它）

（1）為了加快堿式硫酸錳的溶解速率，可采取的措施有

 

；在此過程中需保持硫酸過量，其目的是

 

．
（2）該工藝流程中，溫度和時間對產品回收率的影響如圖所示：考慮到能耗和生產效率這兩個因素，選定的適宜溫度是

 

，反應時間為

 

．
（3）測定碳包中MnO₂的含量的實驗主要步驟為：
a、準確稱取樣品0.500g，加入50mL蒸餾水于燒杯中溶解．
b、加入4.000gKI，并滴加少量稀硫酸進行酸化，充分攪拌后，放置暗處．
c、15分鐘后滴加1mL0.5%淀粉溶液，用cmol/L的Na₂S₂O₃溶液進行滴定（發(fā)生的反應為：4I₂+S₂O₃^2-+5H₂O=8I^-+2SO₄^2-+10H⁺），記錄消耗Na₂S₂O₃溶液的體積．
d、重復實驗2-3次，取有效數據，求平均值得出消耗Na₂S₂O₃溶液的體積胃VmL．
①步驟b中發(fā)生反應的離子方程式為：

 

②步驟c中，到達滴定終點時的現象為：

 

③碳包中MnO₂的質量分數為：

 

．

Answer 1

考點：金屬的回收與環(huán)境、資源保護,制備實驗方案的設計

專題：實驗題

分析：（1）除了Ca（OH）₂和NaCl外，其他的固體物質，均是升高溫度，溶解度增大，或是攪拌也能加快溶解；MnSO₄是強酸弱堿鹽，Mn²⁺是弱堿陽離子，在水溶液中會水解；（2）從圖象可以看出，從80℃開始，回收率達到最高值并幾乎不再升高，此時應從耗能的角度來考慮；在60℃時，回收率達到最高值；
（3）①MnO₂中滴入KI后，在酸性環(huán)境下，MnO₂把I^-氧化為I₂，MnO₂被還原為Mn²⁺，據此寫出離子方程式；
②想步驟b所得的含I₂的溶液中滴加1mL0.5%淀粉溶，溶液變藍；步驟C中，用用cmol/L的Na₂S₂O₃溶液來滴定生成的I₂，當藍色變無色時，達滴定終點；
③由反應可知：4MnO₂ ～4I₂ ～Na₂S₂O₃ ，根據消耗的Na₂S₂O₃的物質的量，求出MnO₂的物質的量，從而求出碳包中MnO₂的質量分數．

解答： 解：（1）除了Ca（OH）₂和NaCl外，其他的固體物質，均是升高溫度，溶解度增大，為了加快堿式硫酸錳的溶解速率，可采取的措施有加熱，或是攪拌也能加快溶解；MnSO₄是強酸弱堿鹽，Mn²⁺是弱堿陽離子，在水溶液中會水解，故此過程中需保持硫酸過量，其目的是抑制硫酸錳的水解，故答案為：加熱或攪拌；抑制硫酸錳的水解；
（2）從圖象可以看出，從80℃開始，回收率達到最高值并幾乎不再升高，而溫度越高，耗能越多，從耗能的角度來考慮，應選定的適宜溫度是80℃；在60℃時，回收率達到最高值，時間延后后，回收率反而下降，故適宜的反應時間為60min，故答案為：80℃，60min；
（3）①MnO₂中滴入KI后，在酸性環(huán)境下，MnO₂把I^-氧化為I₂，MnO₂被還原為Mn²⁺，故離子方程式為：MnO₂+I^-+H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O，故答案為：MnO₂+I^-+H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O；
②想步驟b所得的含I₂的溶液中滴加1mL0.5%淀粉溶，溶液變藍；步驟C中，用cmol/L的Na₂S₂O₃溶液來滴定生成的I₂，故達滴定終點時，藍色變無色且半分鐘不恢復原色即達滴定終點，故答案為：溶液由藍色變?yōu)闊o色且半分鐘不恢復原色；
③滴定過程中消耗的Na₂S₂O₃的物質的量n=CV=cmol/L×V×10^-3L=10^-3CVmol，設MnO₂的物質的量為Xmol，
據反應可知：4MnO₂ ～4I₂ ～Na₂S₂O₃
            4                        1
            Xmol                     10^-3CVmol
可得：

4

X

=

1

10-3CV

解得X=4×10^-3CVmol
故MnO₂的質量m=nM=4×10^-3CVmol×87g/mol=0.348CVg
故碳包中MnO₂的質量分數=

0.348CVg

0.500g

×100%=69.6Cv%
故答案為：69.6Cv%

點評：本題考查了滴定過程中的有關計算和實驗操作以及氧化還原反應的書寫，根據滴定物質之間的計量關系來進行計算，綜合性較強，但難度不大．