Question

6．铁、锰、锌、铜、硼等是农作物生长必需的微量元素．某课题组研究利用废弃锌锰电池和工业废料硼镁泥生产复合微量元素肥料〔简称复合微肥）．流程如下所示：
己知：
①硼镁泥中含MgO，Na₂B₄0₇，MnO，Fe₂0₃，Si0₂，CaO等化合物
②Mn0₂不溶于硫酸和硝酸，MnO可溶于酸
回答下列问题：
（1）上述方法生产的复合微肥除了含有农作物生长必需的多种微量元素外，还含有必需的大量元素氮和钾（填元素名称）．
（2）焙烧时反应的化学方程式为MnO₂+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnO+CO↑，焙烧的目的是将不溶于酸的MnO₂转化为可溶于酸的MnO
（3）酸解过程中气体产物可循环利用的是NO；酸解后的溶液加入硼镁泥调节溶液pH时，有H₃B0₃沉淀生成，该反应的离子方程式为B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓；已知：25℃，K_sp[Mn（OH）₂]=1.9×10^-13＜K_sp[Mg（OH）₂]，若溶液的pH调节到6，计算说明是否会析出Mn（OH）₂，Mg（OH）₂沉淀PH=6，c（OH^-）=10^-8mol/L，若析出Mn（OH）₂沉淀，所需c（Mn²⁺）的最小值为$\frac{1.9×1{0}^{-13}}{（1×1{0}^{-8}）^{2}}$=1900mol/L，c（Mn²⁺）不可能达到此数值，故不能析出Mn（OH）₂沉淀，由于Ksp（Mn（OH）₂）＜Ksp（Mg（OH）₂），所以Mn（OH）₂也不可能析出．
（4）产品中锰元素含量的测定：称取ag产品，溶于适量蒸馏水中，向所得溶液中加入足量NaClO溶液，发生反应Mn²⁺+ClO^-+H₂O═MnO₂↓+2H⁺+Cl^-，过滤、洗涤、干燥后称得Mn0₂质量为b g，则产品中锰元素的质量分数为$\frac{55b}{87a}$×100%．
（5）己知玻璃可微量溶于水．实际生产中，常选用废玻璃、粉煤灰、炼钢炉渣和矿石等为原料高温烧制，将熔融物冷水淬冷成块，再磨成细粉即得玻璃微肥．玻璃微肥具有的优点是．肥分缓释，肥分时间长或不易被雨水淋失或不污染环境（任答一条即可）．

Answer 1

分析 废电池剥离破碎分离为锌、铜金属和炭黑、MnO₂、NH₄Cl、KOH，其中炭黑、MnO₂、NH₄Cl、KOH水洗过滤得到滤渣炭黑、MnO₂，滤液混合溶液Ⅰ为NH₄Cl、KOH水溶液反应后得到一水合氨和氯化钾，Zn、Cu、MnO被稀硫酸和稀硝酸溶解得到混合溶液Ⅱ，Mn0₂不溶于硫酸和硝酸，MnO可溶于酸，所以溶液中含有Zn²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺，加入硼镁泥中含MgO，Na₂B₄0₇，MnO，Fe₂0₃，Si0₂，CaO等化合物来调节溶液PH=5-6，有H₃B0₃沉淀生成，过滤得到滤液和混合溶液Ⅰ混合，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到复合微肥；
（1）复合微肥的成分为滤液混合溶液Ⅰ为NH₄Cl、KOH水溶液反应后得到一水合氨和氯化钾，和滤液混合含有农作物生长必需的多种微量元素外，还含有必需的大量元素氮和钾元素；
（2）焙烧时反应为二氧化锰和碳发生氧化还原反应，生成MnO可溶于酸；
（3）酸解过程中是锌、铜在稀硝酸溶液中被氧化，稀硝酸被还原为NO，一氧化氮和空气混合溶于水可以重新生成稀硝酸，酸解后的溶液加入硼镁泥调节溶液pH时，有H₃B0₃沉淀生成，是Na₂B₄0₇和酸反应生成；PH=6，c（OH^-）=10^-8mol/L，依据溶度积常数计算沉淀所需要的锰离子浓度分析判断，氢氧化镁和氢氧化锰阴离子和阳离子组成比相同，可以利用溶度积常数大小比较溶解度大小；
（4）依据锰元素守恒，结合离子方程式定量关系计算得到；
（5）选用废玻璃、粉煤灰、炼钢炉渣和矿石等为原料高温烧制，将熔融物冷水淬冷成块，再磨成细粉即得玻璃微肥，减少溶解避免流失．

解答 解：废电池剥离破碎分离为锌、铜金属和炭黑、MnO₂、NH₄Cl、KOH，其中炭黑、MnO₂、NH₄Cl、KOH水洗过滤得到滤渣炭黑、MnO₂，滤液混合溶液Ⅰ为NH₄Cl、KOH水溶液反应后得到一水合氨和氯化钾，Zn、Cu、MnO被稀硫酸和稀硝酸溶解得到混合溶液Ⅱ，Mn0₂不溶于硫酸和硝酸，MnO可溶于酸，所以溶液中含有Zn²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺，加入硼镁泥中含MgO，Na₂B₄0₇，MnO，Fe₂0₃，Si0₂，CaO等化合物来调节溶液PH=5-6，有H₃B0₃沉淀生成，过滤得到滤液和混合溶液Ⅰ混合，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到复合微肥；
（1）复合微肥的成分为滤液混合溶液Ⅰ为NH₄Cl、KOH水溶液反应后得到一水合氨和氯化钾，和滤液混合含有农作物生长必需的多种微量元素外，还含有必需的大量元素氮和钾元素；
故答案为：钾；
（2）Mn0₂不溶于硫酸和硝酸，焙烧时反应为二氧化锰和碳发生氧化还原反应，生成MnO可溶于酸，反应的化学方程式为：MnO₂+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnO+CO↑，焙烧目的是将不溶于酸的MnO₂转化为可溶于酸的MnO，
故答案为：MnO₂+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnO+CO↑；将不溶于酸的MnO₂转化为可溶于酸的MnO；
（3）酸解过程中是锌、铜在稀硝酸溶液中被氧化，稀硝酸被还原为NO，一氧化氮和空气混合溶于水可以重新生成稀硝酸，可循环利用，酸解后的溶液加入硼镁泥调节溶液pH时，有H₃B0₃沉淀生成，是Na₂B₄0₇和酸反应生成，反应的离子方程式为：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓，PH=6，c（OH^-）=10^-8mol/L，依据溶度积常数计算沉淀所需要的锰离子浓度，若析出Mn（OH）₂沉淀，所需c（Mn²⁺）的最小值为$\frac{1.9×1{0}^{-13}}{（1×1{0}^{-8}）^{2}}$=1900mol/L，c（Mn²⁺）不可能达到此数值，故不能析出Mn（OH）₂沉淀，氢氧化镁和氢氧化锰阴离子和阳离子组成比相同，可以利用溶度积常数大小比较溶解度大小，由于Ksp（Mn（OH）₂）＜Ksp（Mg（OH）₂），所以Mn（OH）₂也不可能析出，
故答案为：NO；B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓；PH=6，c（OH^-）=10^-8mol/L，若析出Mn（OH）₂沉淀，所需c（Mn²⁺）的最小值为$\frac{1.9×1{0}^{-13}}{（1×1{0}^{-8}）^{2}}$=1900mol/L，c（Mn²⁺）不可能达到此数值，故不能析出Mn（OH）₂沉淀，由于Ksp（Mn（OH）₂）＜Ksp（Mg（OH）₂），所以Mn（OH）₂也不可能析出；
（4）依据锰元素守恒，结合离子方程式定量关系计算，发生反应Mn²⁺+ClO^-+H₂O═MnO₂↓+2H⁺+Cl^-，n（MnO₂）=n（Mn）=$\frac{bg}{87g/mol}$=$\frac{b}{87}$mol，则产品中锰元素的质量分数=$\frac{\frac{b}{87}mol×55g/mol}{ag}$×100%=$\frac{55b}{87a}$×100%，
故答案为：$\frac{55b}{87a}$×100%；
（5）玻璃可微量溶于水，选用废玻璃、粉煤灰、炼钢炉渣和矿石等为原料高温烧制，将熔融物冷水淬冷成块，再磨成细粉即得玻璃微肥，减少溶解避免流失，玻璃微肥具有的优点是肥分缓释，肥分时间长或不易被雨水淋失或不污染环境，
故答案为：肥分缓释，肥分时间长或不易被雨水淋失或不污染环境．

点评 本题考查了物质分离和提纯的分析判断，主要是反应条件，物质性质的理解应用，沉淀溶解平衡，溶度积常数的计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．