Question

5．面對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，“變廢為寶”是化學(xué)發(fā)展的一個(gè)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(kāi)始時(shí)pH	7.5	2.2	8.8	6.5
沉淀完全時(shí)pH	9.5	3.7	10.8	8.5

根據(jù)以上信息回答問(wèn)題：
（1）過(guò)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(diào)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(guò)濾II后濾液中陽(yáng)離子主要是Mn²⁺．
（4）過(guò)程①中，濾液B含NH₄Cl，則生成的氣體A是CO₂．
（5）請(qǐng)寫(xiě)出酸性鋅錳干電池生成錳粉中給出產(chǎn)物的總反應(yīng)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(cè)定其中錳元素的含量．
首先向制取的MnO₂中加入過(guò)量酸化的0.50mol/L H₂C₂O₄ 50.00mLMnO₂完全溶解，并產(chǎn)生A氣體，寫(xiě)出該反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂ ↑+2H₂O．
然后用0.10mol/LKMnO₄溶液滴定過(guò)量的H₂C₂O₄溶液（產(chǎn)物與上反應(yīng)一致），滴定終點(diǎn)時(shí)消耗KMnO₄溶液30.00mL，求錳粉中的錳元素質(zhì)量分?jǐn)?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(yīng)，過(guò)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(guò)氧化氫和氫氧化鈉，可將Fe²⁺轉(zhuǎn)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(guò)濾后所得濾渣為Fe（OH）₃、Zn（OH）₂，濾液Ⅱ中主要為Mn²⁺，同時(shí)濾液中有H₂O₂溶液在一定條件下能使Mn²⁺轉(zhuǎn)化成MnO₂，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥可得MnO₂，另外濾液Ⅱ中加碳酸氫銨，過(guò)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(yīng)，過(guò)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(guò)氧化氫和氫氧化鈉，可將Fe²⁺轉(zhuǎn)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(guò)濾后所得濾渣為Fe（OH）₃、Zn（OH）₂，濾液Ⅱ主要為Mn²⁺，同時(shí)濾液中有H₂O₂溶液在一定條件下能使Mn²⁺轉(zhuǎn)化成MnO₂，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥可得MnO₂，另外濾液Ⅱ中加碳酸氫銨，過(guò)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(guò)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(diào)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(guò)濾Ⅱ后濾液中陽(yáng)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(yīng)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(cè)定其中錳元素的含量，首先向制取的MnO₂ 中加入過(guò)量酸化的0.50mol/L H₂C₂O₄，50.00mL，H₂C₂O₄的物質(zhì)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?xì)怏w，該反應(yīng)的離子方程式：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂ ↑+2H₂O，然后用0.10mol/L KMnO₄溶液滴定過(guò)量的H₂C₂O₄溶液（產(chǎn)物與上反應(yīng)一致），則根據(jù)電子得失守恒可知2KMnO₄～5H₂C₂O₄，滴定終點(diǎn)時(shí)消耗KMnO₄溶液30.00mL，則消耗的KMnO₄物質(zhì)的量為0.10mol/L×0.03L=0.003mol，所以與KMnO₄反應(yīng)的H₂C₂O₄的物質(zhì)的量為0.003mol×$\frac{5}{2}$=0.0075mol，所以與二氧化錳反應(yīng)的H₂C₂O₄的物質(zhì)的量為0.025mol-.0075mol=0.0175mol，則二氧化錳的物質(zhì)的量為0.0175mol，所以錳粉中的錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{0.0175mol×55g/mol}{4g}$×100%=24.1%，
故答案為：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂ ↑+2H₂O；24.1%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備和分離，題目難度中等，注意根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)把握實(shí)驗(yàn)原理，本題易錯(cuò)點(diǎn)為（5），注意根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合質(zhì)量守恒書(shū)寫(xiě)離子方程式．