Question

废旧物的回收利用既有利于节约资源，又有利于保护环境．某研究小组同学以废旧锌锰干电池为原料，将废旧电池含锌部分转化成ZnSO₄?7H₂O，含锰部分转化成纯度较高的MnO₂，将NH₄Cl溶液应用于化肥生产中，实验流程如下：

（1）操作②中所用的加热仪器应选

 

（选填“蒸发皿”或“坩埚”）．
（2）将溶液A处理的第一步是加入氨水调节pH为9，使其中的Fe³⁺和Zn²⁺沉淀，请写出氨水和Fe³⁺反应的离子方程式

 

．
（3）操作⑤是为了除去溶液中的Zn²⁺．已知25℃时，

NH3?H2O的Kb	Zn2+完全沉淀的pH	Zn（OH）2溶于碱的pH
1.8×10-5	8.9	＞11

由上表数据分析应调节溶液pH最好为

 

（填序号）．
a．9                     b．10                    c．11
（4）MnO₂精处理的主要步骤：
步骤1：用3%H₂O₂和6.0mol?L^-l的H₂SO₄的混和液将粗MnO₂溶解，加热除去过量H₂O₂，得MnSO₄溶液（含少量Fe³⁺）．反应生成MnSO₄的离子方程式为

 

；
步骤2：冷却至室温，滴加10%氨水调节pH为6，使Fe³⁺沉淀完全，再加活性炭搅拌，抽滤．加活性炭的作用是

 

；
步骤3：向滤液中滴加0.5mol?L^-l的Na₂CO₃溶液，调节pH至7，滤出沉淀、洗涤、干燥，灼烧至黑褐色，生成MnO₂．灼烧过程中反应的化学方程式为

 

．
（5）查文献可知，粗MnO₂的溶解还可以用盐酸或者硝酸浸泡，然后制取MnCO₃固体．
①在盐酸和硝酸溶液的浓度均为5mol?L^-l、体积相等和最佳浸泡时间下，浸泡温度对MnCO₃产率的影响如图1，由图看出两种酸的最佳浸泡温度都在

 

℃左右；
②在最佳温度、最佳浸泡时间和体积相等下，酸的浓度对MnCO₃产率的影响如图2，由图看出硝酸的最佳浓度应选择

 

mol?L^-l左右．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：根据流程知道，将废旧电池拆卸开，得到的锌皮和杂质中加入硫酸溶解，过滤可以得到硫酸锌的水溶液，蒸发浓缩、冷却结晶，可以得到硫酸锌的晶体，得到的混合物中加入水溶解，过滤，可以得到氯化铵和氯化锌的溶液以及固体难溶物二氧化锰等，向滤液中加入NaOH，调节pH，可以将锌离子沉淀，过滤得到氢氧化锌沉淀和氯化铵溶液，将二氧化锰进行精处理，可以得到二氧化锰．
（1）根据物质的熔融需要较高的温度来回答；
（2）三价铁离子和氨水反应的实质是和氨水电离出的氢氧根离子之间的反应；
（3）根据表中的数据结合实际来回答；
（4）二氧化锰具有氧化性，能将双氧水氧化；活性碳的作用：吸附性，碳酸锰在氧气存在下，受热反应生成二氧化锰；
（5）根据碳酸锰的最高产率来确定浸泡的温度；酸锰的最高产率时的浓度即为最佳浓度．

解答： 解：根据流程知道，将废旧电池拆卸开，得到的锌皮和杂质中加入硫酸溶解，过滤可以得到硫酸锌的水溶液，蒸发浓缩、冷却结晶，可以得到硫酸锌的晶体，得到的混合物中加入水溶解，过滤，可以得到氯化铵和氯化锌的溶液以及固体难溶物二氧化锰等，向滤液中加入NaOH，调节pH，可以将锌离子沉淀，过滤得到氢氧化锌沉淀和氯化铵溶液，将二氧化锰进行精处理，可以得到二氧化锰．
（1）物质的熔融需要较高的温度，操作②中所用的加热仪器应选坩埚，故答案为：坩埚；
（2）三价铁离子和氨水反应的离子方程式为：Fe³⁺+3NH₃?H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺，故答案为：Fe³⁺+3NH₃?H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（3）由上表数据知道Zn²⁺完全沉淀的pH为8.9，所以应调节溶液pH最好为9，除去溶液中的Zn²⁺，故答案为：a；
（4）将MnO₂溶解，加热除去过量H₂O₂，得MnSO₄溶液的离子方程式为：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑，pH为6，使Fe³⁺沉淀完全，再加活性炭搅拌，加活性炭的作用是吸附聚沉，有利于氢氧化铁形成较大沉淀颗粒，碳酸锰在氧气存在下，受热反应生成二氧化锰，即2MnCO₃+O₂

△   .

2MnO₂+2CO₂，
故答案为：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑；吸附聚沉，有利于氢氧化铁形成较大沉淀颗粒；2MnCO₃+O₂

△   .

2MnO₂+2CO₂；
（5）①根据图示内容，碳酸锰的最高产率为65%左右，可以确定浸泡的温度的温度是60℃左右，故答案为：60；
②碳酸锰的产率最高时，盐酸和硝酸的最佳浓度是6mol/L左右，故答案为：6．

点评：本题是一道关于物质的分离提纯的实验方案设计题目，考查学生分析和解决问题的能力，难度大．