Question

廢舊物的回收利用既有利于節約資源，又有利于保護環境．某研究小組同學以廢舊鋅錳干電池為原料，將廢舊電池含鋅部分轉化成ZnSO₄?7H₂O，含錳部分轉化成純度較高的MnO₂，將NH₄Cl溶液應用于化肥生產中，實驗流程如下：

（1）操作②中所用的加熱儀器應選______（填“蒸發皿”或“坩堝”）．
（2）將溶液A處理的第一步是加入氨水調節pH為9，使其中的Fe³⁺和Zn²⁺ 沉淀，請寫出氨水和Fe³⁺反應的離子方程式：______．
（3）操作⑤是為了除去溶液中的Zn²⁺．已知25℃時，一些數據見下表：

NH3?H2O的Kb	Zn 2+完全沉淀的pH	Zn（OH）2溶于堿的pH
1.8×10-5	8.9	＞11

由上表數據分析應調節溶液pH最好為______（填字母）．
a.9　　　　　b.10　　　　　c.11
（4）MnO₂精處理的主要步驟：
步驟1：用3%H₂O₂和6.0mol?L^-1的H₂SO₄的混合液將粗MnO₂溶解，加熱除去過量H₂O₂，得MnSO₄溶液（含少量Fe³⁺ ）．反應生成MnSO₄的離子方程式為______．
步驟2：冷卻至室溫，滴加10%氨水調節pH為6，使Fe ³⁺ 沉淀完全，再加活性炭攪拌，抽濾．加活性炭的作用是______．
步驟3：向濾液中滴加0.5mol?L^-1的Na₂CO₃溶液，調節pH至7，濾出沉淀、洗滌、干燥，并在空氣中灼燒至黑褐色，生成MnO₂．灼燒過程中反應的化學方程式為______．
（5）查文獻可知，粗MnO₂的溶解還可以用鹽酸或者硝酸浸泡，然后制取MnCO₃固體．
①在鹽酸和硝酸溶液的濃度均為5mol?L^-1、體積相等和最佳浸泡時間下，浸泡溫度對MnCO₃產率的影響如圖1，由圖看出兩種酸的最佳浸泡溫度都在______℃左右．
②在最佳溫度、最佳浸泡時間和體積相等下，酸的濃度對MnCO₃產率的影響如圖2，由圖看出硝酸的最佳濃度應選擇______mol?L^-1左右．

Answer 1

解：（1）物質的熔融需要較高的溫度，操作②中所用的加熱儀器應選坩堝，故答案為：坩堝；
（2）三價鐵離子和氨水反應的離子方程式為：Fe³⁺+3NH₃?H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺，故答案為：Fe³⁺+3NH₃?H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（3）由上表數據知道Zn²⁺完全沉淀的pH為8.9，所以應調節溶液pH最好為9，除去溶液中的Zn²⁺，故答案為：9；
（4）將MnO₂溶解，加熱除去過量H₂O₂，得MnSO₄溶液的離子方程式為：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑，pH為6，使Fe³⁺沉淀完全，再加活性炭攪拌，加活性炭的作用是吸附聚沉，有利于氫氧化鐵形成較大沉淀顆粒，碳酸錳在氧氣存在下，受熱反應生成二氧化錳，即2MnCO₃+O₂2MnO₂+2CO₂，
故答案為：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑；吸附聚沉，有利于氫氧化鐵形成較大沉淀顆粒；2MnCO₃+O₂2MnO₂+2CO₂；
（5）①根據圖示內容，碳酸錳的最高產率為65%左右，可以確定浸泡的溫度的溫度是60℃左右，故答案為：60；
②碳酸錳的產率最高時，鹽酸和硝酸的最佳濃度是6mol/L左右，故答案為：6．
分析：（1）根據物質的熔融需要較高的溫度來回答；
（2）三價鐵離子和氨水反應的實質是和氨水電離出的氫氧根離子之間的反應；
（3）根據表中的數據結合實際來回答；
（4）二氧化錳具有氧化性，能將雙氧水氧化；活性碳的作用：吸附性，碳酸錳在氧氣存在下，受熱反應生成二氧化錳；
（5）根據碳酸錳的最高產率來確定浸泡的溫度；酸錳的最高產率時的濃度即為最佳濃度．
點評：本題是一道關于物質的分離提純的實驗方案設計題目，考查學生分析和解決問題的能力，難度大．