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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
坩埚
坩埚
(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:
Fe3++3NH3?H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+
Fe3++3NH3?H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+

(3)操作⑤是为了除去溶液中的Zn2+.已知25℃时,一些数据见下表:
NH3?H2O的Kb Zn 2+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
a
a
(填字母).
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-1的H2SO4的混合液将粗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
MnO2+H2O2+2H+=Mn2++2H2O+O2
MnO2+H2O2+2H+=Mn2++2H2O+O2

步骤2:冷却至室温,滴加10%氨水调节pH为6,使Fe 3+ 沉淀完全,再加活性炭搅拌,抽滤.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
吸附聚沉,有利于氢氧化铁形成较大沉淀颗粒

步骤3:向滤液中滴加0.5mol?L-1的Na2CO3溶液,调节pH至7,滤出沉淀、洗涤、干燥,并在空气中灼烧至黑褐色,生成MnO2.灼烧过程中反应的化学方程式为
2MnCO3+O2
  △  
.
 
2MnO2+2CO2
2MnCO3+O2
  △  
.
 
2MnO2+2CO2

(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-1、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
60
60
℃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
6
6
mol?L-1左右.
分析:(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:(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:9;
(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.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

(2011?安庆三模)某校的几名“环保小卫士”在学习了有关水果湖的知识后,利用回收来的废旧干电池进行电池内部主要成分的探究、验证实验.
【查阅资料】经过查阅相关资料得知一般锌锰干电池内部的物质有:二氧化锰、氯化铵、炭黑和淀粉等物质.而且还获知淀粉不溶于冷水,能透过滤纸,它可以用一种“渗析”的方法使之与溶液分离,在热水中淀粉颗粒会膨胀破裂,形成淀粉糊.
【设计实验】
步骤一:拆卸废电池,并将其内部混合物溶于适量的水中.
步骤二:过滤除去不溶物得滤液.
步骤三:
将滤液用“渗析”法除去淀粉
将滤液用“渗析”法除去淀粉

步骤四:适度蒸发浓缩溶液.
步骤五:灼烧滤渣.
【验证和结论】
(1)灼烧滤渣时,产生一种使澄清石灰水变浑浊的气体,由此推测滤渣中存在炭黑.
(2)向装有H2O2的试管中加入灼烧后的滤渣,迅速产生能使带火星的木条复燃的气体,据此可初步认定滤渣中含有MnO2.H2O2分子中含有
3
3
个σ键,
0
0
个π键.
(3)取少量由步骤四得到的溶液于试管中,向其中加入适量的NaOH溶液,加热,产生一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,由此说明溶液中含有
NH4+
NH4+
(填离子化学式).
(4)取少量溶液于试管中,加入
稀HNO3
稀HNO3
AgNO3
AgNO3
有白色沉淀出现,说明溶液中含有
Cl-
Cl-
(填离子化学式).
写出反应的离子方程式
Ag++Cl-=AgCl↓
Ag++Cl-=AgCl↓

【反思与评价】
(1)有的同学认为【验证和结论】中的(1)和(2)既不能确定其中有炭黑也不能确定其中有MnO2,你的观点是
赞同
赞同
(填“赞同”或“不赞同”).
(2)有的同学认为可以不需步骤三而直接将滤液进行蒸发浓缩也可以,你的观点是
不赞同
不赞同
(填“赞同”或“不赞同”),理由是
水中的淀粉颗粒受热会膨胀破裂,形成淀粉糊
水中的淀粉颗粒受热会膨胀破裂,形成淀粉糊

(3)有的同学认为可以将步骤四进行深度蒸发可以得到由【验证和结论】(3)和(4)中验证的两种离子形成的晶体.你的观点是
不赞同
不赞同
(填“赞同”或“不赞同”),理由是
NH4Cl受热分解
NH4Cl受热分解

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

某校的几名“环保小卫士”在学习了有关水果湖的知识后,利用回收来的废旧干电池进行电池内部主要成分的探究、验证实验.
【查阅资料】经过查阅相关资料得知一般锌锰干电池内部的物质有:二氧化锰、氯化铵、炭黑和淀粉等物质.而且还获知淀粉不溶于冷水,能透过滤纸,它可以用一种“渗析”的方法使之与溶液分离,在热水中淀粉颗粒会膨胀破裂,形成淀粉糊.
【设计实验】
步骤一:拆卸废电池,并将其内部混合物溶于适量的水中.
步骤二:过滤除去不溶物得滤液.
步骤三:______.
步骤四:适度蒸发浓缩溶液.
步骤五:灼烧滤渣.
【验证和结论】
(1)灼烧滤渣时,产生一种使澄清石灰水变浑浊的气体,由此推测滤渣中存在炭黑.
(2)向装有H2O2的试管中加入灼烧后的滤渣,迅速产生能使带火星的木条复燃的气体,据此可初步认定滤渣中含有MnO2.H2O2分子中含有______个σ键,______个π键.
(3)取少量由步骤四得到的溶液于试管中,向其中加入适量的NaOH溶液,加热,产生一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,由此说明溶液中含有______(填离子化学式).
(4)取少量溶液于试管中,加入______和______有白色沉淀出现,说明溶液中含有______(填离子化学式).
写出反应的离子方程式______.
【反思与评价】
(1)有的同学认为【验证和结论】中的(1)和(2)既不能确定其中有炭黑也不能确定其中有MnO2,你的观点是______(填“赞同”或“不赞同”).
(2)有的同学认为可以不需步骤三而直接将滤液进行蒸发浓缩也可以,你的观点是______(填“赞同”或“不赞同”),理由是______.
(3)有的同学认为可以将步骤四进行深度蒸发可以得到由【验证和结论】(3)和(4)中验证的两种离子形成的晶体.你的观点是______(填“赞同”或“不赞同”),理由是______.

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科目:高中化学 来源:2011年安徽省安庆市高考化学三模试卷(解析版) 题型:解答题

某校的几名“环保小卫士”在学习了有关水果湖的知识后,利用回收来的废旧干电池进行电池内部主要成分的探究、验证实验.
【查阅资料】经过查阅相关资料得知一般锌锰干电池内部的物质有:二氧化锰、氯化铵、炭黑和淀粉等物质.而且还获知淀粉不溶于冷水,能透过滤纸,它可以用一种“渗析”的方法使之与溶液分离,在热水中淀粉颗粒会膨胀破裂,形成淀粉糊.
【设计实验】
步骤一:拆卸废电池,并将其内部混合物溶于适量的水中.
步骤二:过滤除去不溶物得滤液.
步骤三:______.
步骤四:适度蒸发浓缩溶液.
步骤五:灼烧滤渣.
【验证和结论】
(1)灼烧滤渣时,产生一种使澄清石灰水变浑浊的气体,由此推测滤渣中存在炭黑.
(2)向装有H2O2的试管中加入灼烧后的滤渣,迅速产生能使带火星的木条复燃的气体,据此可初步认定滤渣中含有MnO2.H2O2分子中含有______个σ键,______个π键.
(3)取少量由步骤四得到的溶液于试管中,向其中加入适量的NaOH溶液,加热,产生一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,由此说明溶液中含有______(填离子化学式).
(4)取少量溶液于试管中,加入______和______有白色沉淀出现,说明溶液中含有______(填离子化学式).
写出反应的离子方程式______.
【反思与评价】
(1)有的同学认为【验证和结论】中的(1)和(2)既不能确定其中有炭黑也不能确定其中有MnO2,你的观点是______(填“赞同”或“不赞同”).
(2)有的同学认为可以不需步骤三而直接将滤液进行蒸发浓缩也可以,你的观点是______(填“赞同”或“不赞同”),理由是______.
(3)有的同学认为可以将步骤四进行深度蒸发可以得到由【验证和结论】(3)和(4)中验证的两种离子形成的晶体.你的观点是______(填“赞同”或“不赞同”),理由是______.

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